Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siegelwerkzeug zum Einsiegeln eines Bodens in ein Sleeve. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Verbinden eines Bodens mit einem Sleeve beschrieben.

Bei der Herstellung von Behältern, z.B. zur Aufnahme von Flüssigkeiten oder Schüttgut, wird häufig aus einem bahnförmigen Material zunächst ein Mantelelement, das sogenannte Sleeve, ausgeschnitten und an seinem Kanten miteinander verbunden, sodass das Sleeve beispielsweise einem Hohlzylinder bildet. Grundsätzlich sind aber auch andere Formen, wie z.B. eine rechteckige Form, eine quadratische Form oder sogar eine Nierenform möglich.

In das Sleeve wird ein Boden eingeklebt, um das Sleeve einseitig zu verschließen. Der Boden kann beispielsweise kreisförmig sein, wobei die Randabschnitte um etwa 90° umgebogen werden, so dass diese in etwa parallel zu dem Mantelelement ausgerichtet sind. Die Randabschnitte des Bodens werden dann mit dem Mantelelement verklebt. Das Sleeve mit eingeklebten Boden kann dann als Behältnis für z.B. Flüssigkeiten oder Schüttgut dienen.

Anstelle des Einklebens des Bodens in das Sleeve ist in der EP 1 819 506 B1 bereits vorgeschlagen worden, den Boden mithilfe eines Ultraschal Iwerkzeuges in das Sleeve einzusiegeln.

Hierzu wird eine Sonotrode und ein Amboss mit einer Stirnfläche verwendet, wobei der Amboss einen Hohlraum in der Stirnfläche zur Aufnahme des Sleeves und des in das Sleeve eingesetzten Boden aufweist. Dabei weist der Hohlraum einen als erste Siegelfläche ausgebildeten Innenflächenabschnitt auf, während die Sonotrode einen Abschnitt aufweist, der in einer Längsrichtung in den Hohlraum geführt werden kann und einen als zweite Siegelfläche ausgebildeten Umfangsflächenabschnitt aufweist. Der Hohlraum kann den Amboss vollständig durchdringen, so dass von der einen Seite das Sleeve und von der anderen Seite der Boden in den Hohlraum geführt werden kann. Sonotrode und Amboss werden zum Einsiegeln des Bodens relativ zueinander in einer Längsrichtung zwischen einer Ausgangsposition, in welcher die Sonotrode außerhalb des Hohlraums angeordnet ist, und einer Schweißposition, in welcher die Sonotrode derart innerhalb des Hohlraums positioniert ist, dass die beiden Siegelfläche gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und ein Spalt für die Aufnahme von Sleeve und Boden zwischen den beiden Siegelfläche verbleibt, hin und her bewegt. In der Schweißposition wird die Sonotrode mit einer akustischen Ultraschallschwingungen angeregt, sodass das zwischen der ersten und zweiten Siegelfläche positionierte Material verschweißt wird. In der Regel kommen hier thermoplastische Materialien zum Einsatz. Es sind jedoch auch andere Materialien, wie z.B. Verbundstoffe aus thermoplastischen und elastomeren Materialien, denkbar.

Insbesondere bei Behältern mit vergleichsweise großen Volumen und Füllgütern mit hoher Dichte kann es passieren, dass sich mit der Zeit die Schweißverbindung wieder löst und Füllgut aus dem Behälter austritt. Dies ist nicht gewünscht.

Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Siegelwerkzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine sichere Siegelverbindung zwischen dem Boden und dem Sleeve gewährleistet werden kann. In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren zum Verbinden von Sleeve und Boden beschrieben, welches eine sichere und dauerhafte Verbindung auch unter großer Last gewährleistet.

Hinsichtlich des Siegelwerkzeuges wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass sich an die erste Siegelfläche in Längsrichtung ein als Führungsabschnitt dienender Innenflächenabschnitt anschließt.

Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass der Boden nicht am äußeren Ende des Sleeves mit diesem verbunden werden muss, sondern das Sleeve über den Boden übersteht. Dies hat zur Folge, dass im Anschluss an die Versiegelung der überstehende Abschnitt des Sleeves umgebördelt werden kann. Der umgebördelte Abschnitt kann dann ebenfalls mit dem Randabschnitt des Bodens verbunden werden, sodass dieser beidseitig mit dem Material des Sleeves verbunden ist. Durch das Umbördeln wird ein Teil der Kraft, die das Füllgut auf den Boden ausgeübt über den umgebördelten Abschnitt des Sleeves abgetragen, was die Siegelverbindung entlastet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, die erste und/oder zweite Siegelfläche mit der Längsachse einen Winkel a einschließt, der größer als 0°, vorzugsweise zwischen 5° und 35°, besonders bevorzugt zwischen 7° und 20° und am besten zwischen 10° und 15' beträgt.

Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass durch die Relativbewegung der Sonotrode gegenüber dem Amboss in Richtung der Längsachse eine Schweißkraft auf das zwischen den beiden Siegelfläche angeordnete Material ausgeübt werden kann.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die erste als auch die zweite Siegelfläche gegenüber der Längsachse geneigt.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Spalt zwischen der ersten Siegelfläche und der zweitens Fläche, in welchen das zurückweisende Material aufgenommen wird, eine nicht gleichmäßige Breite aufweist. Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass der Spalt derart ausgebildet ist, dass er einen konischen Querschnitt aufweist.

Wenn daher die erste und die zweite Siegelfläche eben ausgebildet sind, schließen diese jeweils mit der Längsachse einen unterschiedlichen Winkel ein. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher der Winkel, den die zweite Siegelfläche mit der Längsachse einschließt, größer als der Winkel ist, den die erste Siegelfläche mit der Längsachse einschließt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Siegelfläche und/oder die zweite Siegelfläche eine in Längsrichtung verlaufende Aussparung aufweisen. Durch diese Maßnahme kann das Sleeve, welcher aus einem an seinen Kanten miteinander befestigten bahnförmigen Material besteht, an seinen Rändern überlappen, was die Festigkeit des Sleeves verbessert.

Dadurch, dass die Randbereiche überlappen, ist der Sleeve In diesem Bereich aber etwas dicker als in allen anderen Bereichen. Gemäß dieser Ausführungsform soll nun eine entsprechende Aussparung vorgesehen sein, in welchen die sich überlappenden Bereiche des Sleeves zu liegen kommen.

Diese Aussparung kann entweder in der ersten Siegelfläche der Sonotrode oder in der zweiten Siegelfläche des Amboss ausgebildet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass sowohl die erste Siegelfläche als auch die zweite Siegelfläche eine entsprechende Aussparung aufweisen, sodass beim Schweißvorgang der sich aufgrund des Überlapps bildende Wulst teilweise in der Aussparung der ersten Siegelfläche und teilweise in der Aussparung der zweiten Siegelfläche liegt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sonotrode eine sich an die erste Siegelfläche anschließende, senkrecht zur Längsachse ausgerichtete Sonotrodenstirnfläche aufweist, in weicher eine Kanalöffnung angeordnet ist, über welche ein Vakuum auf einen an der Sonotrodenstirnfläche anliegenden Boden aufgebracht werden kann.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Boden mit Hilfe der Sonotrode zu dem Ort, an welcher der Punkte mit dem Sleeve verschweißt wird, transportiert werden kann. Der Boden wird auf die Sonotrodenstirnfläche aufgelegt, sodass die Randbereiche des Bodens, die um knapp 90° gegenüber der Bodenfläche geknickt sind, an der ersten Siegelfläche anliegen.

Damit der Boden während der Bewegung der Sonotrode und insbesondere beim Eintauchen des Bodens in das Sleeve an seiner Position bleibt, ist in dieser Ausführungsform in der Sonotrodenstirnfläche eine Kanalöffnung vorgesehen, durch welche Luft angesaugt werden kann, mit der Folge, dass ein auf der Sonotrodenstirnfläche aufliegender Boden angesaugt und damit festgehalten wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Hohlraum des Amboss einen als Halteabschnitt für den Sleeve dienenden Innenflächenabschnitt aufweist, in welchem eine Kanalöffnung angeordnet ist, über welche ein Vakuum auf einen am Halteabschnitt anliegenden Sleeve aufgebracht werden kann.

Auch diese Maßnahme erleichtert die Positionierung des Sleeves an der Innenfläche des Amboss. Dadurch, dass über den Kanal im Amboss, der sich im Halteabschnitt öffnet, Luft abgesaugt werden kann, wird der Sleeve angesaugt und fest am Halteabschnitt des Anbaus gehalten. In einer bevorzugten Ausführungsform schließt sich der Halteabschnitt an die erste Siegelfläche an, sodass die erste Siegelfläche in Längsrichtung zwischen dem Halteabschnitt und dem Führungsaufsicht angeordnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Hohlraum in Längsrichtung nebeneinanderliegende Innenflächenabschnitte mit unterschiedlichem Innendurchmesser aufweist. Durch diese Maßnahme können einzelne Innenflächenabschnitte zur Führung und zum Halten des Sleeves verwendet werden, während ein anderer Innenflächenabschnitt, nämlich die zweite Siegelfläche, zum Verschweißen verwendet wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Hohlraum des Amboss an seiner der Sonotrode zugewandten Seite einen sich erweiternden Querschnitt aufweist.

Dies erleichtert das Einfädeln der Sonotrode in den Hohlraum des Amboss. Sollte wider Erwarten die Sonotrode nicht perfekt gegenüber dem Amboss positioniert sein, trifft sie dann bei der Bewegung von der Ausgangsposition in die Schweißposition auf den sich nach außen hin erweiternden Abschnitt der Innenflächen und wird dann in seine gewünschte Position geführt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Amboss in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung schwimmend gelagert ist. Die schwimmende Lagerung erlaubt es dem Amboss in der Ebene senkrecht zur Längsrichtung in begrenztem Maße aufgebrachten Kräften auszuweichen.

Besonders von Vorteil ist es dabei, wenn der Amboss zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Teile in Längsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Dabei ist vorzugsweise der Teil des Amboss, welcher die zweite Siegelfläche aufweist, in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung schwimmend gelagert. Der Halteabschnitt ist in einer bevorzugten Ausführungsform nicht an demselben Teil des Amboss vorgesehen, an welchem die erste Siegelfläche angebracht ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest der Teil des Amboss, welcher die zweite Siegelfläche aufweist, aus zwei voneinander lösbaren Gliedern besteht, die in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Durch diese Maßnahme kann nach dem Versiegeln des Deckels im Sleeve zumindest ein Glied von dem anderen Glied wegbewegt werden, um eine erleichtere Entnahme des bearbeiteten Materials zu gewährleisten.

Die beschriebenen Werkzeuge können in einem Verfahren mit den folgenden Schritten verwendet werden:

A) Bereitstellen eines Siegelwerkzeuges, wie gerade beschrieben, B) Positionieren des Sleeve innerhalb des Hohlraumes, sodass ein Abschnitt des Sleeves an dem Führungsaufsicht und ein anderer Abschnitt des Sleeves an der ersten Siegelfläche anliegt,

C) Positionieren des Bodens an der Sonotrode, sodass Randabschnitte des Bodens an der zweiten Siegelfläche anliegen und

D) Positionieren des Siegelwerkzeuges in der Schweißposition und Anregen der Sonotrode mit einer Ultraschallschwingung.

Somit wird der Boden nicht direkt ans Ende des Sleeves positioniert und mit diesem verbunden, sondern etwas weiter innen, sodass sich nach außen an die Siegelfläche ein weiterer Abschnitt des Sleeves anschließt, welcher nicht mit einem Teil des Bodens verschweißt ist.

Dies hat den Vorteil, dass In einem weiteren Arbeitsschritt der äußere Abschnitt des Sleeve, d. h. derjenige Abschnitt des Sleeves, der während des Schweißvorgangs in Schritt D) an dem Führungsabschnitt des Amboss angelegen hat, umgebogen werden kann, sodass er an dem Randabschnitt des Bodens anliegt. In dieser Position wird der Randabschnitt beidseitig von dem Sleeve umgriffen. Der umgebogene Abschnitt des Sleeves kann dann ebenfalls mit dem Randabschnitt des Bodens verbunden werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen und der zugehörigen Figuren. Es zeigen:

Figur 1 eine Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 eine Schnittansicht der Ausführungsform von Figur 1 ,

Figur 3 eine Detailvergrößerung der Ansicht von Figur 2,

Figur 4 eine Kopie der Ansicht von Figur 3 mit eingezeichnetem Sleeve und Boden und Figur 5 eine Explosionsansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

In Figur 1 ist einer Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Siegelwerkzeuges gezeigt. Das Siegelwerkzeug ist dafür vorgesehen, einen Boden in ein Sleeve einzusiegeln. Das Siegelwerkzeug weist eine Sonotrode 1 und einen Amboss 2,3 auf. Der Amboss 2,3 ist bei dieser Ausführungsform zweiteilig ausgebildet und weist ein erstes Teil 2 und ein zweites Teil 3 auf, die miteinander verschraubt werden können.

Der Amboss 2,3 weist einen Hohlraum auf, der sich vollständig durch den Amboss erstreckt. Die Sonotrode 1 weist eine Sonotrodenstirnfläche 8 auf, die durch eine zweite Siegelfläche 7 begrenzt wird, die einen Umfangsflächenabschnitt der Sonotrode bildet. An die zweite Siegelfläche 7 schließt sich ein zylindrischer Umfangsflächenabschnitt 6 an, welcher wiederum über einen eingeschnürten Abschnitt 5 mit einem weiteren zylindrischen Umfangsflächenabschnitt 4 verbunden ist.

Die Sonotrodenstirnfläche 8 weist mehrere Vakuumbohrungen 9 auf, über die ein Boden, welcher mittels des Siegelwerkzeuges in ein Sleeve gesiegelt werden soll, angesaugt und dadurch gehalten werden kann.

In der gezeigten Ausführungsform ist die Sonotrode 1 rotationssymmetrisch um ihre Längsachse ausgebildet. Die Sonotrode 1 kann relativ zu dem Amboss 2,3 in der Längsrichtung, d. h. entlang der Längsachse, zwischen einer Ausgangsposition, in welcher die Sonotrode außerhalb des Hohlraums angeordnet ist, und einer Schweißposition, in welcher die Sonotrode innerhalb des Hohlraums angeordnet ist hin und her bewegt werden.

In Figur 2 ist eine Schnittansicht der Ausführungsform von Figur 1 in der Schweißposition gezeigt. Man erkennt eine der Vakuumbohrungen 9, die mit einer zentralen Bohrung 10 verbunden ist, über welche Luft abgesaugt werden kann. In der Schweißposition sind Sonotrode 1 und Amboss 2,3 derart angeordnet, dass sie sich nicht berühren.

In Figur 3 ist eine Detailvergrößerung von Figur 2 dargestellt. Zu erkennen ist, dass der Hohlraum des Ambossteils 3 einen als erste Siegelfläche 11 ausgebildeten Innenflächenabschnitt aufweist. In der Schweißposition ist die Sonotrode 1 derart innerhalb des Hohlraums positioniert, dass die beiden Siegelflächen, d. h. die erste Siegelfläche 11 des Ambossteils 3 und die zweite Siegelfläche 7 der Sonotrode 1 , gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und ein Spalt für die Aufnahme von Sleeve und Boden zwischen den beiden Siegelflächen verbleibt.

In Längsrichtung schließt sich an die erste Siegelfläche 11 ein als Führungsabschnitt 13 dienender Innenflächenabschnitt des Amboss an. Der Führungsabschnitt 13 ist in der Ausgangsposition näher an der Sonotrode 1 angeordnet als die erste Siegelfläche 11 . Wie im Folgenden noch detailliert beschrieben wird, ist der Führungsabschnitt 13 dafür da, einen Abschnitt des Sleeve, der über den Boden vorsteht, zu führen. Die Sonotrode 1 weist einen sich an die zweite Siegelfläche 7 anschließenden Außenflächenabschnitt 6 auf, der in der Schweißposition gegenüber dem Führungsabschnitt 13 und von diesem beabstandet positioniert ist.

In Längsrichtung auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Siegelfläche 11 ist ein Halteabschnitt 12 vorgesehen, der im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist und einen Innendurchmesser aufweist, der in etwa dem Außendurchmesser des Sleeves entspricht. An den Halteabschnitt 12 schließt sich ein weiterer Innenflächenabschnitt 14 an, der einen größeren Innendurchmesser aufweist als der Halteabschnitt 12.

Die erste Siegelfläche 11 schließt mit der Längsachse einen Winkel ein, der größer als 0° und am besten zwischen 10° und 15° beträgt. Genauso schließt auch die zweite Siegelfläche 7 mit der Längsachse einen Winkel ein, der größer als 0° und am besten zwischen 10° und 15° beträgt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Winkel, den die zweite Siegelfläche mit der Längsachse einschließt, größer als der Winkel, den die erste Siegelfläche mit der Längsachse einschließt. Die Differenz der eingeschlossenen Winkel liegt bei der gezeigten Ausführungsform lediglich bei 1 °. Die unterschiedlichen Winkel haben zur Folge, dass die Spaltbreite zwischen der ersten Siegelfläche 11 und der zweiten Siegelfläche 7 nicht konstant ist.

Die Funktionsweise der Beteiligten Innen-und Außenflächenabschnitten wird deutlich anhand von Figur 4, die im Wesentlichen der Darstellung von Figur 3 entspricht, wobei jedoch hier zusätzlich schematisch ein Bodenelement 15 und ein Sleeve 17 eingezeichnet sind. Das Bodenelement 15 ist im gezeigten Beispiel kreisförmig und liegt an der Sonotrodenstirnfläche an. Der äußere Ringabschnitt 16 des Bodenelementes 15 ist umgebogen und liegt an der zweiten Siegelfläche 7 an.

Das Sleeve 17 liegt an der Innenkontur des Amboss 2,3 an. In der in der Figur dargestellten Schweißposition wird daher, wenn die Sonotrode 1 mit einer Ultraschallschwingung beaufschlagt wird, der äußere Ringabschnitt 16, der an der zweiten Siegelfläche 7 anliegt, und der Abschnitt des Sleeves 17, der an der ersten Siegelfläche 11 anliegt, miteinander verschmolzen. Aufgrund der unterschiedlichen Winkel, die die erste und die zweite Siegelfläche 7 bzw. 11 mit der Längsachse einschließen, wird sich geschmolzenes Material innerhalb des Spaltes zwischen den beiden Siegelfläche keilförmig anordnen und dadurch Boden 15 und Sleeve 17 in die richtige Position drücken. Zu erkennen ist, dass das Sleeve 17 so in den Amboss eingelegt worden ist, dass ein Abschnitt 18 des Sleeve 17 über die erste Siegelfläche 11 vorsteht. Damit der Abschnitt 18 in etwa parallel zu der Längsachse orientiert ist und damit in etwa senkrecht zu dem Boden 15 orientiert ist, ist der Führungsabschnitt 13 vorgesehen, an welchem der Abschnitt 18 des Sleeves 17 anliegt.

Der Abschnitt 18 des Sleeves wird in einem weiteren Bearbeitungsschritt umgebördelt, d.h. umgebogen, und ebenfalls mit dem ringförmigen Abschnitt 16 des Bodens versiegelt, sodass der umgebogene ringförmige Abschnitt 16 des Bodens 15 beidseitig von dem Sleeve 17 umschlossen ist.

Auch wenn in dieser Ausführungsform nicht dargestellt, kann die Innenfläche des Amboss eine im Wesentlichen in Längsrichtung verlaufende Aussparung aufweisen, in welcher eine Schweißnaht des Sleeves aufgenommen werden kann. Das Sleeve wird häufig aus einem rechteckförmigen flächigen Material hergestellt, wobei gegenüberliegende Kanten des rechteckförmigen Zuschnitts miteinander verklebt oder verschweißt werden. Da das Material an der Schweißnaht etwas dicker ist, kann die Schweißnaht dann in die entsprechend bereitgestellte Aussparung eingelegt werden.

In Figur 5 ist eine Explosionsansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Diese unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform lediglich dadurch, dass die Form der Sonotrodenstirnfläche 8‘ der Sonotrode 1 ‘ nicht kreisförmig, sondern im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist. Entsprechend wurde die Innenkontur des Amboss 2‘,3‘ angepasst. Dieses Werkzeug ist dafür vorgesehen, rechteckige Böden in entsprechende Sleeves zu siegeln.

Bezugszeichenliste

1, 1‘ Sonotrode

2, 2‘, 3, 3‘ Amboss 4, 6 Umfangsflächenabschnitt

5 Abschnitt

7 Siegelfläche

8, 8‘ Sonotrodenstirnfläche

9 Vakuumbohrungen 10 zentrale Bohrung

11 erste Siegelfläche

12 Halteabschnitt

13 Führungsabschnitt

14 Innenflächenabschnitt 15 Boden

16 Abschnitt

17 Sleeve

18 Abschnitt