WO2023061803A1 - Werkzeug für eine ultraschallschweissvorrichtung und verfahren damit - Google Patents

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WO2023061803A1
WO2023061803A1 PCT/EP2022/077553 EP2022077553W WO2023061803A1 WO 2023061803 A1 WO2023061803 A1 WO 2023061803A1 EP 2022077553 W EP2022077553 W EP 2022077553W WO 2023061803 A1 WO2023061803 A1 WO 2023061803A1
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tool
sealing surface
elevation
sonotrode
height
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PCT/EP2022/077553
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Andreas Runck
Valentin BUCHTY
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Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg
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    • B29C66/81421—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave
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Definitions

  • the present invention relates to a tool for an ultrasonic welding device having a base, the base having a first elevation which extends from the base at a height H1 in a direction perpendicular to the base, the first elevation having a first partial sealing surface, wherein the first sealing portion has a second ridge extending at a height H2 in a direction perpendicular to the first sealing portion from the first sealing portion, the second ridge having a second sealing portion.
  • the present invention also relates to an ultrasonic processing device and a method for ultrasonic processing.
  • Ultrasonic welding has been an established process for some time when it comes to connecting thermoplastics with one another in a form-fitting or material-locking manner.
  • the areas of application range from the automotive and electrical industries to the packaging, medical and hygiene industries.
  • Ultrasonic welding devices typically have an ultrasonic generator, a converter, a sonotrode and a counter tool.
  • the ultrasonic generator generates a high voltage in the desired ultrasonic frequency from the applied mains voltage, which is then converted into a mechanical longitudinal vibration using the inverse piezoelectric effect in the converter and transmitted to the sonotrode.
  • the sonotrode transfers the mechanical vibrations into the material to be processed.
  • the sonotrode has a sealing surface via which the sonotrode comes into contact with the material to be processed.
  • a counter-tool is generally arranged on the opposite side of the sonotrode, which counter-tool also has a sealing surface that comes into contact with the material to be processed.
  • both a tool in the form of a sonotrode and a tool in the form of the counter-tool of an ultrasonic welding device can be meant.
  • the tool according to the invention is suitable for both components of an ultrasonic welding device.
  • both the sealing surface of the sonotrode and the sealing surface of the counter-tool can have specific contours that produce weld seams with a specific pattern.
  • the welding result also depends significantly on the type of material to be processed.
  • plastic materials are used that exhibit a sudden drop in viscosity during melting, so that uncontrolled melt spatter can occur during the ultrasonic processing process. This is the case, for example, in particular with aluminum-free materials with polypropylene sealing layers. These uncontrolled melt spatters lead to damage to the printed image on the one hand and cause micro-leakage on the other.
  • the object of the present invention is therefore to provide a tool or an ultrasonic processing device or a method for ultrasonic processing with which aluminum-free plastic materials, in particular polypropylene sealing layers, can also be reliably welded.
  • this object is achieved by a tool of the type mentioned at the outset, with both the first partial sealing surface and the second partial sealing surface being provided for processing a preferably two- or multi-layer material during operation of the ultrasonic welding device.
  • the tool can also be a sonotrode, which comes into contact with a sealing surface of any design of a counter-tool in order to process the material in said areas.
  • the tool according to the invention is designed in such a way that little melt is produced with the second partial sealing surface of the second elevation, so that fewer melt spatters occur.
  • the tightness of the weld seam is increased with the aid of the first partial sealing surface of the first elevation, in that the first partial sealing surface is also pressed onto the material to be processed. Any spatters of melt that occur due to the second partial sealing surface of the second elevation are additionally compressed by the first partial sealing surface of the first elevation. In this way, the melt flow can be better controlled and a homogeneously closed melt front is created.
  • the height H1 is defined by a line perpendicular to the base connecting the point on the base with the point on the first partial sealing surface which are as far apart as possible.
  • the same definition applies to the height H2 of the second elevation.
  • the height H2 is defined by the longest connecting line perpendicular to the base area between two points of the first and the second partial sealing area.
  • the second elevation is arranged on the first part of the sealing surface of the first elevation. The result of this is that the second elevation cannot penetrate so deeply into the material to be processed, since the first part of the sealing surface, which is preferably significantly larger than the second part of the sealing surface, forms a kind of stop.
  • the height H2 of the second elevation is selected such that it is less than the total thickness of the two-layer or multi-layer material to be processed.
  • the second elevation has a part-circular cross section with a radius r2 in a first plane perpendicular to the base area, the radius r2 of the part-circular cross section preferably being at most 2 mm, particularly preferably at most 1.5 mm.
  • the part-circular cross-section and the smaller radius compared to conventional tool structures offer the advantage that, on the one hand, easier melt is produced through improved energy focusing and, on the other hand, the risk of material damage is reduced, since the melt volume produced is small and can be better controlled, so that unwanted melt spatter can be avoided more reliably.
  • the first partial sealing surface is either flat, preferably parallel to the base surface, or curved convexly to the base surface with a radius of curvature n.
  • r2 is less than n.
  • the first elevation has a trapezoidal cross section in a first plane perpendicular to the base area.
  • trapezoidal means a square in which only two of the four sides are parallel to one another.
  • the legs of the trapezoidal cross section, i.e. the sides that are not parallel to one another, preferably converge when viewed from the base area, so that the base side of the trapezoidal cross section that forms the first partial sealing surface is shorter than the base side of the trapezoidal cross section that is on the Base is arranged.
  • the trapezoidal cross-section of the first elevation has the advantage that there are fewer sharp edges on the first elevation that could damage the material to be processed.
  • the first partial sealing surface of the first elevation is therefore flat, ie, in contrast to the second partial sealing surface of the second elevation, it has no curvatures. In this way, any melt spatter that may occur can be pressed particularly effectively.
  • the first elevation and/or the second elevation have an extent in a transverse direction perpendicular to the first plane that is greater than an extent in a longitudinal direction parallel to the first plane.
  • the first and second elevations are not punctiform elevations on the base of the tool, but are flat, for example rib-shaped, elevations that extend at least over part of the base in the transverse direction.
  • the first and second elevations preferably extend over a width of the base area that corresponds to the width of the material to be processed, so that a continuous weld seam is produced by the tool according to the invention. It goes without saying, however, that other configurations of the first and second elevations in the longitudinal and transverse directions are also possible if other welding patterns are to be achieved.
  • exactly one second elevation is arranged on the first partial sealing surface of the first elevation, with the second elevation preferably being arranged centrally on the first partial sealing surface.
  • the arrangement of a second elevation in the middle of the first partial sealing surface offers the advantage that any melt spatter that may occur can also be pressed particularly effectively since, viewed in the first plane, an equal portion of the first partial sealing surface is arranged on both sides of the second elevation.
  • a length of the shorter base side of the trapezoidal cross section of the first elevation corresponds to an extension of the first partial sealing surface in the first plane.
  • the first partial sealing surface thus extends over the full extent of the first elevation in the first plane. In other words, however, only over that surface part of the trapezoidal cross-section which is arranged parallel to the base surface of the tool.
  • the height H2 of the second elevation is less than or equal to the height H1 of the first elevation.
  • the parts of the first partial sealing surface on the side of the second elevation thus prevent the second elevation from penetrating too deeply into the material layer to be processed. On the one hand, this avoids excessive melt production and, on the other hand, damage to the material layer.
  • the greater height H1 of the first survey ensures that the base area of the tool does not belong to the first or second partial sealing surface, does not contribute to the processing of the material by means of ultrasound.
  • the height H2 is selected in one embodiment to be smaller than the total thickness of the two-layer or multi-layer material to be processed, with the height H1 being selected in such a way that the sum of the height H1 and the height H2 is greater than the total thickness of the two or more layers of material.
  • an extent of the second partial sealing surface in a first plane perpendicular to the base surface is smaller than an extent of the first partial sealing surface in the first plane.
  • a third elevation is provided on the base area, which extends with a height H3 in a direction perpendicular to the base area from the base area, the third elevation being arranged neither on the first partial sealing surface nor on the second partial sealing surface and for it intended to come into contact with the material to be machined but not to machine the material, the height H3 of the third boss being at least equal to and preferably greater than the sum of the height H1 of the first boss and the height H2 of the second boss the sum of the height H1 of the first bump and the height H2 of the second bump.
  • the third elevation only serves to fix the material layers to be processed, in that the third elevation engages in a corresponding depression of the opposite sealing surface of the corresponding second tool, for example the sonotrode, during the ultrasonic welding process.
  • the material to be processed is clamped between the tool and the corresponding second tool, so that the material cannot be displaced during the ultrasonic welding process.
  • the pressure exerted by the third elevation on the material to be processed is not sufficient to achieve ultrasonic processing.
  • the tool according to the invention can be used in one embodiment as a sonotrode or in another embodiment as a counter tool.
  • the problem on which the invention is based is also solved by an ultrasonic welding device with an ultrasonic generator, a converter, a sonotrode and a counter-tool, the converter being set up and connected to the sonotrode in such a way that the converter generates a with the ultrasonic generator during operation of the ultrasonic welding device Converts ultrasonic frequency into a mechanical vibration and passes it on to the sonotrode, the sonotrode and the counter-tool each having a sealing surface which comes into contact with the material to be processed during operation of the ultrasonic welding device, the sealing surface of the sonotrode being opposite the sealing surface of the counter-tool, wherein a material to be processed can be arranged between the sealing surface of the sonotrode and the sealing surface of the counter-tool, with either the sonotrode or the counter-tool being a tool according to one of the previously described embodiments.
  • the sonotrode clamps the material to be processed between the sealing surface of the sonotrode and the sealing surface of the counter-tool in such a way that sufficient pressure is generated only in the area of the first partial sealing surface and the second partial sealing surface in order to process the material to be processed with ultrasound .
  • the sealing surface of the sonotrode and the sealing surface of the counter tool there is no ultrasonic processing.
  • the sealing surface of the counter-tool corresponds to the base surface of the tool with the corresponding partial sealing surfaces
  • the sealing surface of the sonotrode corresponds to the base surface of the tool with the corresponding partial sealing surfaces.
  • the tool which does not have the sealing surface structure of the tool according to the invention, can alternatively also be described as a second tool corresponding to the tool.
  • the problem on which the invention is based is also solved by a method for processing a material, preferably a two-layer or multi-layer material, with ultrasound, the method having the following steps: a. providing a sonotrode with a sealing surface, b. providing a counter-tool with a sealing surface, either the sonotrode or the counter-tool being a tool according to one of the previously described embodiments, c. guiding the material between the sealing surface of the sonotrode and the sealing surface of the counter tool in a feed direction, d.
  • the tool according to the invention is arranged such that the first plane is perpendicular to the feed direction of the material, i.e. perpendicular to the direction in which the material is moved between the second tool and the tool.
  • the movement of the material is preferably stopped briefly before the material is advanced further in order to produce a further weld seam at a different position of the material.
  • the tool according to the invention can therefore be used to produce sealing seams that are parallel to a feed direction of the material to be processed. This is used, for example, in the packaging industry, where individual products are to be packed in sections in a bag or web-like material.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section of an embodiment of the tool according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic detail of a cross section of an embodiment of the ultrasonic processing device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a cross section of the tool 1 according to the invention in the first plane.
  • the tool 1 has a base surface 2, a first elevation 3 with a height H1 being arranged on the base surface 2, the first elevation 3 having a first partial sealing surface 4 in a direction perpendicular to the sealing surface 2, which extends parallel to the base surface 2 extends.
  • the first elevation 3 also has a trapezoidal cross section perpendicular to the base area in the plane shown in FIG.
  • a second elevation 5 is arranged in the center of the first partial sealing surface 4 and extends from the first partial sealing surface 4 with a height H2 in a direction perpendicular to the first partial sealing surface 4 .
  • the second elevation 5 has a second partial sealing surface 6 . While the first partial sealing surface 4 runs parallel to the base surface 2 of the tool 1, i.e. is flat, the second partial sealing surface 6 is curved, since the second elevation 5 has a part-circular cross-section.
  • a radius of the partially circular cross section is 1.5 mm in the embodiment shown.
  • the height H2 of the second elevation 5 is, for example, 0.14 mm for a 0.2 mm thick material to be machined, with the height H1 being greater and chosen such that the base surface does not come into contact with the material to be machined during the welding process. This is guaranteed if the sum of the heights H1 and H2 is greater than the total thickness of the two-layer material to be processed.
  • the second elevation 5 is arranged centrally on the first partial sealing surface 4 of the first elevation 3 such that a part of the first partial sealing surface 4 still remains to the side of the second elevation 5, the extent of which in the plane shown in FIG. 1 is 1 mm.
  • the base 2 of the tool 1 has a third elevation 7 which extends from the base 2 at a height H3 in a direction perpendicular to the base 2 .
  • the third elevation 7 is arranged neither on the first partial sealing surface 4 nor on the second partial sealing surface 6, but in the longitudinal direction 11 next to the first elevation 3.
  • the third elevation 7 has a height H3 that is greater than the sum of the height H2 of the second elevation 5 and the height H1 of the first elevation 3.
  • the third elevation 7 clamps a material 8 to be machined between the tool 1, in this case a counter tool, and a second tool 9 corresponding to the tool 1, in this case a sonotrode 9, for fixation when ultrasonic machining takes place (see Figure 2).
  • FIG. 2 shows how a material 8 to be processed is arranged between the sonotrode 9 and the counter-tool 1 according to the invention.
  • the material is guided in a feed direction 12, which corresponds to the transverse direction 10 and extends into the plane of the page.
  • Both the sonotrode 9 and the counter-tool 1 extend in a transverse direction 10, which in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 extends into the plane of the page.
  • the cross section of counter tool 1 shown in FIG. 1 remains constant over a width that corresponds to a width of material 8 .
  • the sonotrode 9 is pressed onto the material to be processed 8 with such pressure that both the first partial sealing surface 4 and the second partial sealing surface 6 come into contact with the material to be processed in such a way that ultrasonic processing in the area of the first partial sealing surface 4 and the second Part sealing surface 6 takes place.

Landscapes

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug für eine Ultraschallschweißvorrichtung mit einer Grundfläche, wobei die Grundfläche eine erste Erhebung aufweist, die sich in einer Richtung senkrecht zu der Grundfläche von der Grundfläche aus erstreckt, wobei die erste Erhebung eine erste Teilsiegelfläche aufweist, wobei die erste Teilsiegelfläche eine zweite Erhebung aufweist, die sich in einer Richtung senkrecht zu der ersten Teilsiegelfläche von der ersten Teilsiegelfläche aus erstreckt, wobei die zweite Erhebung eine zweite Teilsiegelfläche aufweist. Um ein Werkzeug bereitzustellen, mit welchem auch aluminiumfreie Kunststoffmaterialien, insbesondere Polypropylensiegelschichten, zuverlässig verschweißt werden können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass sowohl die erste Teilsiegelfläche als auch die zweite Teilsiegelfläche dafür vorgesehen sind, ein Material zu bearbeiten.

Description

WERKZEUG FÜR EINE ULTRASCHALLSCHWEISSVORRICHTUNG UND VERFAHREN DAMIT
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug für eine Ultraschallschweißvorrichtung mit einer Grundfläche, wobei die Grundfläche eine erste Erhebung aufweist, die sich mit einer Höhe H1 in einer Richtung senkrecht zu der Grundfläche von der Grundfläche aus erstreckt, wobei die erste Erhebung eine erste Teilsiegelfläche aufweist, wobei die erste Teilsiegelfläche eine zweite Erhebung aufweist, die sich mit einer Höhe H2 in einer Richtung senkrecht zu der ersten Teilsiegelfläche von der ersten Teilsiegelfläche aus erstreckt, wobei die zweite Erhebung eine zweite Teilsiegelfläche aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine Ultraschallbearbeitungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Ultraschallbearbeitung.
Das Ultraschallschweißen ist ein seit geraumer Zeit etabliertes Verfahren, wenn es darum geht, thermoplastische Kunststoffe form- oder stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Die Anwendungsgebiete reichen von der Automobil- und Elektroindustrie bis hin zur Verpackungs-, Medizin- und Hygieneindustrie.
Typischerweise weisen Ultraschallschweißvorrichtungen einen Ultraschallgenerator, einen Konverter, eine Sonotrode und ein Gegenwerkzeug auf. Der Ultraschallgenerator erzeugt aus einer anliegenden Netzspannung eine Hochspannung in der gewünschten Ultraschallfrequenz, die dann unter Ausnutzung des inversen piezoelektrischen Effekts im Konverter in eine mechanische Longitudinalschwingung umgewandelt und auf die Sonotrode übertragen wird. Die Sonotrode überträgt schließlich als eigentliches, aktives Schweißwerkzeug die mechanische Schwingung in das zu bearbeitende Material. Dabei weist die Sonotrode eine Siegelfläche auf, über welche die Sonotrode mit dem zu bearbeitenden Material in Kontakt tritt. Um in dem Material einen Druck zu erzeugen, ist in der Regel auf der Gegenseite der Sonotrode ein Gegenwerkzeug angeordnet, welches ebenfalls eine Siegelfläche aufweist, die mit dem zu bearbeitenden Material in Kontakt tritt. Das Material wird also zwischen der Siegelfläche der Sonotrode und der Siegelfläche des Gegenwerkzeuges geführt. Wenn im Sinne der Erfindung von einem Werkzeug die Rede ist, dann kann damit sowohl ein Werkzeug in Form einer Sonotrode als auch ein Werkzeug in Form des Gegenwerkzeuges einer Ultraschallschweißvorrichtung gemeint sein. Das erfindungsgemäße Werkzeug eignet sich wie im Folgenden noch weiter dargestellt werden wird, für beide Bestandteile einer Ultraschallschweißvorrichtung.
Durch die mechanische Schwingung mit Frequenzen im Ultraschallbereich wird im zu bearbeitenden Material Reibungswärme erzeugt und die Moleküle im zu bearbeitenden Material zur Bewegung angeregt. Infolge wird das zu bearbeitende Material weich und beginnt zu schmelzen, sodass sich die zu fügenden Bauteile miteinander verbinden, wenn über eine gewisse Zeit ein bestimmter Druck auf die Bauteile ausgeübt wird. Die Bauteile sind anschließend auf Molekularebene fest miteinander verbunden.
Je nach Anwendung werden bestimmte Anforderungen an die zu erstellende Schweißnaht gestellt. So können beispielsweise sowohl die Siegelfläche der Sonotrode als auch die Siegelfläche des Gegenwerkzeuges bestimmte Konturen aufweisen, die Schweißnähte mit einem bestimmten Muster erzeugen.
Das Schweißergebnis hängt jedoch auch maßgeblich von der Art des zu bearbeitenden Materials ab. Insbesondere in der Verpackungsindustrie kommen Kunststoffmaterialien zum Einsatz, die einen schlagartigen Abfall der Viskosität während der Aufschmelzung aufweisen, sodass es während dem Ultraschallbearbeitungsprozess zu unkontrollierten Schmelzespritzern kommen kann. Dies ist beispielsweise insbesondere bei aluminiumfreien Materialien mit Polypropylen-Siegelschichten der Fall. Diese unkontrollierten Schmelzespritzer führen einerseits zu einer Druckbildbeschädigung und verursachen andererseits Mikroleckagen.
Um diese Nachteile zu umgehen, ist es möglich, die Parameter wie Druck und Ultraschallfrequenz während dem Ultraschallbearbeitungsprozess derart einzustellen, dass solche Schmelzespritzer verhindert werden. In diesem Fall wird der Druck bzw. die erzeugte Temperatur im zu bearbeitenden Material niedrig gehalten. Hierbei besteht jedoch ein hohes Risiko von Undichtigkeiten, da keine ausreichend stabile Schweißnaht zwischen den zu fügenden Bauteilen hergestellt wird. Diese Problematik verschlimmert sich, wenn, wie es häufig in der Verpackungsindustrie der Fall ist, der Nahtbereich mit dem zu verpackenden Produkt kontaminiert ist. In diesem Fall reicht die durch die Ultraschallbearbeitung eingebrachte Energie im Material nicht aus, um diese in einem solchen Maß zu schmelzen, dass eine stabile Schweißnaht entsteht. Werden jedoch Prozessparameter und Werkzeuggeometrien verwendet, die eine ausreichende Festigkeit gewährleisten, führt dies wie oben erwähnt zu einem übermäßigen, turbulenten Schmelzefluss, der nicht kontrolliert werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug bzw. eine Ultraschallbearbeitungsvorrichtung bzw. ein Verfahren zur Ultraschallbearbeitung bereitzustellen, mit welchem auch aluminiumfreie Kunststoffmaterialien, insbesondere Polypropylensiegelschichten, zuverlässig verschweißt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Werkzeug der eingangs genannten Art gelöst, wobei sowohl die erste Teilsiegelfläche als auch die zweite Teilsiegelfläche dafür vorgesehen sind, in einem Betrieb der Ultraschallschweißvorrichtung ein vorzugsweise zwei- oder mehrlagiges Material zu bearbeiten.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass nur die erste Teilsiegelfläche der ersten Erhebung und die zweite Teilsiegelfläche der zweiten Erhebung derart mit einer Siegelfläche eines zu dem Werkzeug korrespondierendem zweiten Werkzeuges, beispielsweise einer Sonotrode in Kontakt treten, dass das zu bearbeitende Material nur in diesen Bereichen verschweißt wird. Umgekehrt kann das Werkzeug auch eine Sonotrode sein, die mit einer beliebig gestalteten Siegelfläche eines Gegenwerkzeuges in Kontakt tritt, um das Material in den besagten Bereichen zu bearbeiten.
Das erfindungsgemäße Werkzeug ist dabei so ausgestaltet, dass mit der zweiten Teilsiegelfläche der zweiten Erhebung wenig Schmelze erzeugt wird, sodass weniger Schmelzespritzer entstehen. Gleichzeitig wird die Dichtigkeit der Schweißnaht mithilfe der ersten Teilsiegelfläche der ersten Erhebung erhöht, indem auch die erste Teilsiegelfläche auf das zu bearbeitende Material gedrückt wird. Eventuell entstehende Schmelzespritzer aufgrund der zweiten Teilsiegelfläche der zweiten Erhebung werden durch die erste Teilsiegelfläche der ersten Erhebung zusätzlich verpresst. Auf diese Weise kann der Schmelzefluss besser kontrolliert werden und es entsteht eine homogen geschlossene Schmelzefront.
Die Höhe H1 ist durch eine Linie senkrecht zu der Grundfläche definiert, die den Punkt auf der Grundfläche mit dem Punkt auf der ersten Teilsiegelfläche miteinander verbindet, die den größtmöglichen Abstand voneinander haben. Die gleiche Definition gilt für die Höhe H2 der zweiten Erhebung. Hierbei definiert sich die Höhe H2 durch die längste, zur Grundfläche senkrechte Verbindungslinie zwischen zwei Punkten der ersten und der zweiten Teilsiegelfläche. Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die zweite Erhebung auf der ersten Teilsiegelfläche der ersten Erhebung angeordnet ist. Dies führt dazu, dass die zweite Erhebung nicht so tief in das zu bearbeitende Material eindringen kann, da die erste Teilsiegelfläche, die vorzugsweise deutlich größer ist als die zweite Teilsiegelfläche, eine Art Anschlag bildet. Dies verhindert ebenfalls eine zu starke Schmelzeerzeugung oder ein Schneiden des zu bearbeitenden Materials aufgrund einer spitzen Geometrie der zweiten Teilsiegelfläche. Die Höhe H2 der zweiten Erhebung wird dabei in einer Ausführungsform so gewählt, dass sie geringer als die Gesamtdicke des zu bearbeitenden zwei- oder mehrlagigen Materials ist.
In einer Ausführungsform weist die zweite Erhebung in einer ersten Ebene senkrecht zu der Grundfläche einen teilkreisförmigen Querschnitt mit einem Radius r2 auf, wobei vorzugsweise der Radius r2 des teilkreisförmigen Querschnitts höchstens 2 mm, besonders bevorzugt höchstens 1 ,5 mm beträgt. Sowohl der teilkreisförmige Querschnitt als auch der kleinere Radius im Vergleich zu üblichen Werkzeugstrukturen bietet den Vorteil, dass einerseits durch eine verbesserte Energiefokussierung leichter Schmelze erzeugt wird und andererseits die Gefahr einer Materialbeschädigung verringert wird, da das erzeugte Schmelzvolumen gering ist und besser kontrolliert werden kann, sodass unerwünschte Schmelzespritzer zuverlässiger vermieden werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Teilsiegelfläche entweder eben, vorzugsweise parallel zur Grundfläche ausgebildet oder mit einem Krümmungsradius n konvex zu der Grundfläche gekrümmt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist r2 kleiner als n.
In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Erhebung in einer ersten Ebene senkrecht zu der Grundfläche einen trapezförmigen Querschnitt auf. Trapezförmig meint im Sinne der Anmeldung ein Viereck, in welchem nur zwei der vier Seiten zueinander parallel sind. Die Schenkel des trapezförmigen Querschnitts, also die Seiten die nicht zueinander parallel sind, laufen vorzugsweise von der Grundfläche aus betrachtet aufeinander zu, sodass die Grundseite des trapezförmigen Querschnitts, der die erste Teilsiegelfläche bildet, kürzer ist als die Grundseite des trapezförmigen Querschnitts, die auf der Grundfläche angeordnet ist.
Der trapezförmige Querschnitt der ersten Erhebung hat den Vorteil, dass hier weniger scharfe Kanten an der ersten Erhebung entstehen, die das zu bearbeitende Material beschädigen könnten. Gleichzeitig ist die erste Teilsiegelfläche der ersten Erhebung damit flach, d.h. sie weist im Gegensatz zu der zweiten Teilsiegelfläche der zweiten Erhebung keine Krümmungen auf. Auf diese Weise können eventuell entstehende Schmelzespritzer besonders effektiv verpresst werden. In einer weiteren Ausführungsform weisen die erste Erhebung und/oder die zweite Erhebung in einer Querrichtung senkrecht zu der ersten Ebene eine Ausdehnung auf, die größer als eine Ausdehnung in einer Längsrichtung parallel zu der ersten Ebene ist. Es handelt sich also bei der ersten und der zweiten Erhebung nicht um eine punktuelle Erhebung auf der Grundfläche des Werkzeuges, sondern um eine flächige, beispielsweise rippenförmige, Erhebung, die sich zumindest über einen Teil der Grundfläche in Querrichtung erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich die erste und zweite Erhebung über eine solche Breite der Grundfläche, die der zu bearbeitenden Breite des Materials entspricht, sodass durch das erfindungsgemäße Werkzeug eine durchgehende Schweißnaht erzeugt wird. Es versteht sich, dass jedoch auch andere Ausgestaltungen der ersten und zweiten Erhebung in der Längs- und Querrichtung möglich sind, wenn andere Schweißmuster erzielt werden sollen.
In einer weiteren Ausführungsform ist auf der ersten Teilsiegelfläche der ersten Erhebung genau eine zweite Erhebung angeordnet, wobei vorzugsweise die zweite Erhebung mittig auf der ersten Teilsiegelfläche angeordnet ist.
Die Anordnung einerzweiten Erhebung mittig auf der ersten Teilsiegelfläche bietet den Vorteil, dass eventuell entstehende Schmelzespritzer ebenfalls besonders effektiv verpresst werden können, da, in der ersten Ebene betrachtet, auf beiden Seiten der zweiten Erhebung ein gleichgroßer Anteil der ersten Teilsiegelfläche angeordnet ist.
In einerweiteren Ausführungsform entspricht eine Länge der kürzeren Grundseite des trapezförmigen Querschnitts der ersten Erhebung einer Ausdehnung der ersten Teilsiegelfläche in der ersten Ebene. Die erste Teilsiegelfläche erstreckt sich also über die volle Ausdehnung der ersten Erhebung in der ersten Ebene. Mit anderen Worten aber nur über den Oberflächenteil des trapezförmigen Querschnitts, der parallel zu der Grundfläche des Werkzeuges angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Höhe H2 der zweiten Erhebung kleiner oder gleich der Höhe H1 der ersten Erhebung. Dies bietet den Vorteil, dass die zweite Erhebung nicht derart tief in das zu bearbeitende Material eindringen kann, dass es zu einer Beschädigung des zu bearbeitenden Materials käme. Die Teile der ersten Teilsiegelfläche seitlich der zweiten Erhebung verhindern also ein zu tiefes Eindringen der zweiten Erhebung in die zu bearbeitende Materialschicht. Hierdurch wird einerseits eine zu starke Schmelzeerzeugung vermieden und andererseits eine Beschädigung der Materialschicht. Gleichzeitig wird durch die größere Höhe H1 der ersten Erhebung sichergestellt, dass die Grundfläche des Werkzeuges, die nicht zu der ersten oder zweiten Teilsiegelfläche gehört, nicht zu der Bearbeitung des Materials mittels Ultraschall beiträgt.
Insbesondere wird ebenfalls zu dem vorgenannten Zweck die Höhe H2 in einer Ausführungsform kleiner als eine Gesamtdicke des zu bearbeitenden zwei-oder mehrlagigen Material gewählt, wobei die Höhe H1 derart gewählt wird, dass die Summe der Höhe H1 und der Höhe H2 größer als die Gesamtdicke des zwei-oder mehrlagigen Materials ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Ausdehnung der zweiten Teilsiegelfläche in einer ersten Ebene senkrecht zu der Grundfläche kleiner als eine Ausdehnung der ersten Teilsiegelfläche in der ersten Ebene. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die erste Erhebung in der ersten Ebene länger ist als die zweite Erhebung, sodass sich seitlich von der zweiten Erhebung jeweils Teile der ersten Teilsiegelfläche befinden. Diese Teile der ersten Teilsiegelfläche sorgen für eine effektive Verpressung der entstehenden Schmelzespritzer.
In einer weiteren Ausführungsform ist auf der Grundfläche eine dritte Erhebung vorgesehen, die sich mit einer Höhe H3 in einer Richtung senkrecht zu der Grundfläche von der Grundfläche aus erstreckt, wobei die dritte Erhebung weder auf der ersten Teilsiegelfläche noch auf der zweiten Teilsiegelfläche angeordnet ist und dafür vorgesehen ist, mit dem zu bearbeitenden Material in Kontakt zu treten, aber nicht eine Bearbeitung des Materials vorzunehmen, wobei die Höhe H3 der dritten Erhebung mindestens der Summe der Höhe H1 der ersten Erhebung und der Höhe H2 der zweiten Erhebung entspricht und vorzugsweise größer ist als die Summe der Höhe H1 der ersten Erhebung und der Höhe H2 der zweiten Erhebung.
Die dritte Erhebung dient lediglich einer Fixierung der zu bearbeitenden Materialschichten, indem die dritte Erhebung während dem Ultraschallschweißprozess in eine entsprechende Vertiefung der gegenüberliegenden Siegelfläche des korrespondierenden zweiten Werkzeuges, beispielsweise der Sonotrode, eingreift. Dabei kommt es zu einer Klemmung des zu bearbeitenden Materials zwischen dem Werkzeug und dem korrespondierenden zweiten Werkzeug, sodass das Material während dem Ultraschallschweißvorgang nicht verschoben werden kann. Der Druck, den die dritte Erhebung auf das zu bearbeitende Material ausübt, reicht jedoch nicht aus, um eine Ultraschallbearbeitung zu erzielen.
Durch das Festhalten des zu bearbeitenden Materials kann jedoch eine exaktere Schweißnaht mit Hilfe der ersten und zweiten Teilsiegelflächen erzeugt werden. Wie bereits eingangs erwähnt kann das erfindungsgemäße Werkzeug in einer Ausführungsform als Sonotrode verwendet werden oder in einer anderen Ausführungsform als Gegenwerkzeug.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird weiterhin durch eine Ultraschallschweißvorrichtung mit einem Ultraschallgenerator, einem Konverter, einer Sonotrode und einem Gegenwerkzeug gelöst, wobei der Konverter derart eingerichtet und mit der Sonotrode verbunden ist, dass der Konverter während des Betriebes der Ultraschallschweißvorrichtung eine mit dem Ultraschallgenerator erzeugte Ultraschallfrequenz in eine mechanische Schwingung umwandelt und an die Sonotrode weitergibt, wobei die Sonotrode und das Gegenwerkzeug jeweils eine Siegelfläche aufweisen, die während des Betriebes der Ultraschallschweißvorrichtung mit dem zu bearbeitende Material in Kontakt tritt, wobei die Siegelfläche der Sonotrode der Siegelfläche des Gegenwerkzeuges gegenüberliegt, wobei zwischen der Siegelfläche der Sonotrode und der Siegelfläche des Gegenwerkzeuges ein zu bearbeitendes Material anordbar ist, wobei entweder die Sonotrode oder das Gegenwerkzeug ein Werkzeug nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Sonotrode das zu bearbeitende Material derart zwischen der Siegelfläche der Sonotrode und der Siegelfläche des Gegenwerkzeuges einklemmt, dass nur im Bereich der ersten Teilsiegelfläche und der zweiten Teilsiegelfläche ein ausreichender Druck erzeugt wird, um das zu bearbeitende Material mit Ultraschall zu bearbeiten. In allen anderen Bereichen der Siegelfläche der Sonotrode und der Siegelfläche des Gegenwerkzeuges erfolgt keine Ultraschallbearbeitung. Es versteht sich, dass, wenn es sich bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug um ein Gegenwerkzeug handelt, die Siegelfläche des Gegenwerkzeuges der Grundfläche des Werkzeuges mit den entsprechenden Teilsiegelflächen entspricht und wenn es sich bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug um eine Sonotrode handelt, die Siegelfläche der Sonotrode der Grundfläche des Werkzeuges mit den entsprechenden Teilsiegelflächen entspricht. Das Werkzeug, welches nicht die Siegelflächenstruktur des erfindungsgemäßen Werkzeuges aufweist, kann alternativ auch als zu dem Werkzeug korrespondierendes zweites Werkzeug beschrieben werden.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird weiterhin durch ein Verfahren zur Bearbeitung eines Materials, vorzugsweise eines zwei- oder mehrlagigen Materials, mit Ultraschall gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Bereitstellen einer Sonotrode mit einer Siegelfläche, b. Bereitstellen eines Gegenwerkzeuges mit einer Siegelfläche, wobei entweder die Sonotrode oder das Gegenwerkzeug ein Werkzeug nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist, c. Führen des Materials zwischen der Siegelfläche der Sonotrode und der Siegelfläche des Gegenwerkzeuges in einer Vorschubrichtung, d. Anregen der Sonotrode mit einer Ultraschallschwingung, sodass die Sonotrode über die Siegelfläche der Sonotrode auf das Material und die Siegelfläche des Gegenwerkzeuges einen Druck aufbringt, sodass das Material im Bereich der ersten und zweiten Teilsiegelfläche des Werkzeuges mit Ultraschall bearbeitet wird.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das erfindungsgemäße Werkzeug derart angeordnet, dass die erste Ebene senkrecht zu der Vorschubrichtung des Materials ist, d.h. senkrecht zu der Richtung, in welcher das Material zwischen dem zweiten Werkzeug und dem Werkzeug hindurch bewegt wird. Für die Ultraschallbearbeitung wird vorzugsweise die Bewegung des Materials kurzeitig angehalten, bevor das Material weiter vorgeschoben wird, um eine weitere Schweißnaht an einer anderen Position des Materials zu erzeugen.
Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug können daher Siegelnähte erzeugt werden, die parallel zu einer Vorschubrichtung des zu bearbeitenden Materials sind. Anwendung findet dies beispielsweise in der Verpackungsindustrie, wo einzelne Produkte in ein beutel- oder bahnförmiges Material abschnittsweise verpackt werden sollen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung und der dazugehörigen Figuren deutlich. Gleiche Elemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeuges.
Figur 2 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines Querschnitts einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ultraschallbearbeitungsvorrichtung. Figur 1 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Werkzeuges 1 in der ersten Ebene. Das Werkzeug 1 weist eine Grundfläche 2 auf, wobei auf der Grundfläche 2 eine erste Erhebung 3 mit einer Höhe H1 angeordnet ist, wobei die erste Erhebung 3 in einer Richtung senkrecht zu der Siegelfläche 2 eine erste Teilsiegelfläche 4 aufweist, die sich parallel zu der Grundfläche 2 erstreckt. Die erste Erhebung 3 weist zudem in der in Figur 1 dargestellten Ebene senkrecht zu der Grundfläche einen trapezförmigen Querschnitt auf.
Mittig auf der ersten Teilsiegelfläche 4 ist genau eine zweite Erhebung 5 angeordnet, die sich mit einer Höhe H2 in einer Richtung senkrecht zu der ersten Teilsiegelfläche 4 von der ersten Teilsiegelfläche 4 aus erstreckt. Die zweite Erhebung 5 weist dabei eine zweite Teilsiegelfläche 6 auf. Während die erste Teilsiegelfläche 4 parallel zu der Grundfläche 2 des Werkzeuges 1 verläuft, d.h. flach ist, ist die zweite Teilsiegelfläche 6 gekrümmt, da die zweite Erhebung 5 einen teilkreisförmigen Querschnitt aufweist. Ein Radius des teilkreisförmigen Querschnittes beträgt in der gezeigten Ausführungsform 1 ,5 mm. Die Höhe H2 der zweiten Erhebung 5 beträgt zum Beispiel 0,14 mm für ein 0,2 mm dickes zu bearbeitendes Material, wobei die Höhe H1 größer ist und derart gewählt ist, dass die Grundfläche beim Schweißvorgang nicht in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Materialkommt. Das ist garantiert, wenn die Summe von Höhe H1 und H2 größer als die Gesamtdicke des zweilagigen zu bearbeitenden Materials ist.
Die zweite Erhebung 5 ist mittig auf der ersten Teilsiegelfläche 4 der ersten Erhebung 3 angeordnet, dass seitlich der zweiten Erhebung 5 jeweils noch ein Teil der ersten Teilsiegelfläche 4 verbleibt, dessen Ausdehnung in der in Figur 1 gezeigten Ebene 1 mm beträgt.
Des Weiteren weist die Grundfläche 2 des Werkzeuges 1 eine dritte Erhebung 7 auf, die sich mit einer Höhe H3 in einer Richtung senkrecht zu der Grundfläche 2 von der Grundfläche 2 aus erstreckt. Dabei ist die dritte Erhebung 7 weder auf der ersten Teilsiegelfläche 4 noch auf der zweiten Teilsiegelfläche 6 angeordnet, sondern in Längsrichtung 11 neben der ersten Erhebung 3.
Die dritte Erhebung 7 weist eine Höhe H3 auf, die größer ist als die Summe der Höhe H2 der zweiten Erhebung 5 und der Höhe H1 der ersten Erhebung 3.
Durch die dritte Erhebung 7 wird ein zu bearbeitendes Material 8 zwischen dem Werkzeug 1 , in diesem Fall ein Gegenwerkzeug, und einem zu dem Werkzeug 1 korrespondierenden zweiten Werkzeug 9, in diesem Fall eine Sonotrode 9 zur Fixierung eingeklemmt, wenn eine Ultraschallbearbeitung stattfindet (siehe Figur 2). In Figur 2 ist dargestellt, wie ein zu bearbeitendes Material 8 zwischen der Sonotrode 9 und dem erfindungsgemäßen Gegenwerkzeug 1 angeordnet wird. Das Material wird dabei in einer Vorschubrichtung 12 geführt, die der Querrichtung 10 entspricht und sich in die Blattebene hinein erstreckt. Sowohl Sonotrode 9 als auch Gegenwerkzeug 1 erstrecken sich in einer Qu- errichtung 10, die sich in der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform in die Blattebene erstreckt. Der in Figur 1 dargestellte Querschnitt des Gegenwerkzeuges 1 bleibt dabei über eine Breite konstant, die einer Breite des Materials 8 entspricht.
Die Sonotrode 9 wird mit einem derartigen Druck auf das zu bearbeitende Material 8 gedrückt, sodass sowohl die erste Teilsiegelfläche 4 als auch die zweite Teilsiegelfläche 6 mit dem zu bearbeitenden Material derart in Kontakt treten, dass eine Ultraschallbearbeitung im Bereich der ersten Teilsiegelfläche 4 und der zweiten Teilsiegelfläche 6 stattfindet.
In allen anderen Bereichen der Siegelfläche 13 der Sonotrode 9 und der Grundfläche 2 des Gegenwerkzeuges 1 findet keine Ultraschallbearbeitung statt.
Auf diese Weise können auch aluminiumfreie Kunststoffmaterialien miteinander verschweißt werden, ohne dass entstehende Schmelzespritzer die Siegelqualität der Schweißnaht beeinträchtigen würden.
Bezugszeichenliste
I Werkzeug/ Gegenwerkzeug 2 Grundfläche des Werkzeugs
3 erste Erhebung
4 erste Teilsiegelfläche
5 zweite Erhebung
6 zweite Teilsiegelfläche 7 dritte Erhebung
8 Material
9 zweites Werkzeug/ Sonotrode
10 Querrichtung
I I Längsrichtung 12 Vorschubrichtung
13 Siegelfläche der Sonotrode

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Werkzeug (1 ) für eine Ultraschallschweißvorrichtung mit einer Grundfläche (2), wobei die Grundfläche eine erste Erhebung (3) aufweist, die sich mit einer Höhe H1 in einer Richtung senkrecht zu der Grundfläche (2) von der Grundfläche (2) aus erstreckt, wobei die erste Erhebung (3) eine erste Teilsiegelfläche (4) aufweist, wobei die erste Teilsiegelfläche (4) eine zweite Erhebung (5) aufweist, die sich mit einer Höhe H2 in einer Richtung senkrecht zu der Grundfläche (2) von der ersten Teilsiegelfläche aus erstreckt, wobei die zweite Erhebung (5) eine zweite Teilsiegelfläche (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste Teilsiegelfläche als auch die zweite Teilsiegelfläche dafür vorgesehen sind, in einem Betrieb der Ultraschallschweißvorrichtung ein vorzugsweise zwei-oder mehrlagiges Material (8) zu bearbeiten.
2. Werkzeug (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Erhebung (5) in einer ersten Ebene senkrecht zu der Grundfläche (2) einen teilkreisförmigen Querschnitt mit einem Radius r2 aufweist, wobei vorzugsweise der Radius r2 des teilkreisförmigen Querschnitts höchstens 2 mm, besonders bevorzugt höchstens 1 ,5 mm beträgt.
3. Werkzeug (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Teilsiegelfläche (4) der ersten Erhebung (3) entweder eben, vorzugsweise parallel zu der Grundfläche (2), ausgebildet ist oder mit einem Krümmungsradius n konvex zu der Grundfläche (2) gekrümmt ist, wobei vorzugsweise der Radius H größer als der Radius r2der zweiten Teilsiegelfläche (6) ist.
4. Werkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Erhebung
(3) in einer ersten Ebene senkrecht zu der Grundfläche (2) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
5. Werkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 2 oder 4, wobei die erste Erhebung (3) und/oder die zweite Erhebung (5) in einer Querrichtung (10) senkrecht zu der ersten Ebene eine Ausdehnung aufweisen, die größer als eine Ausdehnung in einer Längsrichtung (11) parallel zu der ersten Ebene ist
6. Werkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der ersten Teilsiegelfläche (4) der ersten Erhebung (3) genau eine zweite Erhebung (5) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die zweite Erhebung (5) mittig auf der ersten Teilsiegelfläche
(4) angeordnet ist. Werkzeug (1) nach Anspruch 4, wobei eine Länge der kürzeren Grundseite (13) des trapezförmigen Querschnitts der ersten Erhebung (3) einer Ausdehnung der ersten Teilsiegelfläche (4) in der ersten Ebene entspricht. Werkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Höhe H2 der zweiten Erhebung (5) kleiner oder gleich der Höhe H1 der ersten Erhebung (3) ist. Werkzeug (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ausdehnung der zweiten Teilsiegelfläche (6) in einer ersten Ebene senkrecht zu der Grundfläche (2) kleiner ist als eine Ausdehnung der ersten Teilsiegelfläche (4) in der ersten Ebene. Werkzeug (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Grundfläche (2) eine dritte Erhebung (7) vorgesehen ist, die sich mit einer Höhe H3 in einer Richtung senkrecht zu der Grundfläche (2) von der Grundfläche (2) aus erstreckt, wobei die dritte Erhebung (7) weder auf der ersten Teilsiegelfläche (4) noch auf der zweiten Teilsiegelfläche (6) angeordnet ist und dafür vorgesehen ist, mit dem zu bearbeitenden Material (8) in Kontakt zu treten, aber nicht eine Bearbeitung des Materials (8) vorzunehmen, wobei die Höhe H3 der dritten Erhebung (7) mindestens der Summe der Höhe H1 der ersten Erhebung (3) und der Höhe H2 der zweiten Erhebung (5) entspricht und vorzugsweise größer ist als die Summe der Höhe H1 der ersten Erhebung (3) und der Höhe H2 der zweiten Erhebung (5). Werkzeug (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Werkzeug (1 ) um eine Sonotrode oder einen Amboss einer Ultraschallschweißvorrichtung handelt. Ultraschallschweißvorrichtung mit einem Ultraschallgenerator, einem Konverter, einer Sonotrode (1 , 9) und einem Gegenwerkzeug (9, 1), wobei der Konverter derart eingerichtet und mit der Sonotrode (1 , 9) verbunden ist, dass der Konverter während des Betriebes der Ultraschallschweißvorrichtung eine mit dem Ultraschallgenerator erzeugte Ultraschallfrequenz in eine mechanische Schwingung umwandelt und an die Sonotrode (1 , 9) weitergibt, wobei die Sonotrode (1 , 9) und das Gegenwerkzeug (9, 1) jeweils eine Siegelfläche (2, 13) aufweisen, die während des Betriebes der Ultraschallschweißvorrichtung mit dem zu bearbeitenden Material (8) in Kontakt tritt, wobei die Siegelfläche (2, 13) der Sonotrode (1 , 9) der Siegelfläche (13, 2) des Gegenwerkzeuges (9, 1 ) gegenüber liegt, wobei zwischen der Siegelfläche (2, 13) der Sonotrode (1 , - 14 -
9) und der Siegelfläche (13, 2) des Gegenwerkzeuges (9, 1 ) ein zu bearbeitendes Material (8) anordbar ist, wobei entweder die Sonotrode (1 , 9) oder das Gegenwerkzeug (9, 1) ein Werkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
13. Verfahren zur Bearbeitung eines Materials (8), vorzugsweise eines zwei- oder mehrlagigen Materials, mit Ultraschall mit den Schritten a. Bereitstellen einer Sonotrode (1 , 9) mit einer Siegelfläche (2, 13), b. Bereitstellen eines Gegenwerkzeuges (9, 1 ) mit einer Siegelfläche (13, 2), wobei entweder die Sonotrode (1 , 9) oder das Gegenwerkzeug (9, 1) ein Werkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist, c. Führen des Materials (8) zwischen der Siegelfläche (2, 13) der Sonotrode (1 , 9) und der Siegelfläche (13, 2) des Gegenwerkzeuges (9, 1) in einer Vorschubrichtung (12), d. Anregen der Sonotrode (1 , 9) mit einer Ultraschallschwingung, sodass die Sonotrode (1 , 9) über die Siegelfläche (2, 13) der Sonotrode (9) auf das Material (8) und die Siegelfläche (13, 2) des Gegenwerkzeuges (9, 1)einen Druck aufbringt, sodass das Material (8) im Bereich der ersten (4) und zweiten (6) Teilsiegelfläche des Werkzeuges (1 ) mit Ultraschall bearbeitet wird.
14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Werkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 2 oder 3 bereitgestellt wird, wobei die erste Ebene senkrecht zu der Vorschubrichtung (12) ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die Höhe H2 der zweiten Erhebung (5) kleiner als eine Gesamtdicke des zu bearbeitenden zwei- oder mehrlagigen Materials (8) ist und die Höhe H1 der ersten Erhebung (3) derart gewählt wird, dass die Summe der Höhe H1 und der Höhe H2 größer als die Gesamtdicke des zwei- oder mehrlagigen zu bearbeitenden Materials (8) ist.
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