Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gegenwerkzeug für eine Ultraschallschweißmaschine, eine Ultraschallschweißmaschine mit solch einem Gegenwerkzeug sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer Dicht- und Kosmetiknaht, welches die Ultraschallschweißmaschine verwen det.

Die Verpackungstechnik ist in einem stetigen Wandel. In neuerer Zeit kommen recycelbare Standbeutel, z. B. aus Polypropylen-Monomaterialien häufiger zur Anwendung. Diese werden beispielsweise zur Verpackung von Nasstierfutter verwendet. Dabei werden zwei Lagen eines meist rechteckig zugeschnittenen Materials miteinander verschweißt, um die Verpackung zu bilden.

Zur Verbindung der Materiallagen wird eine sogenannte Dichtnaht erzeugt, die ein dichtes Abschließen der Verpackung gewährleisten soll. An der der Produktseite abgewandten Seite der Dichtnaht befinden sich dann noch Materiallagenendabschnitte, die nicht Teil der Dichtnaht sind. Diese nicht verschweißten Materiallagenendabschnitte sind unter anderem aus opti schen Gründen nicht gewünscht, sodass auch diese, für die Abdichtung der Verpackung nicht notwendigen Bestandteile miteinander verschweißt werden. Direkt neben der Dichtnaht wird somit eine sogenannte Kosmetiknaht aufgebracht, die im Wesentlichen der optischen Verbes serung der Packung dient und verhindert, dass sich Verschmutzungen, wie z.B. Produktreste, im noch offenen Bereich der Packung ansammeln.

Häufig weist das Material eine Träger- und eine Siegelschicht auf. Insbesondere bei den neuartigen recyclebaren Monomaterialien für Standbeutel ist der Schmelztemperaturunterschied zwischen der T rägerschicht und der Siegelschicht gering, was eine sehr zuverlässige Prozesssicherheit bei dem Verschweißen der Materiallagen erfordert. Die Schweißtemperatur wird daher so niedrig wie möglich gewählt, um eine thermische Schädigung der T rägerschicht zu vermeiden. Dadurch wird eine ungewollte Schrumpfung der Beuteloberkante aufgrund zu hohem Wärmeeintrag vermieden. Allerdings steigt das Risiko, dass sich Schweißnähte wieder öffnen deutlich.

Häufig wird die Naht mithilfe von Heißsiegelbacken in das Material eingebracht. Alternativ kann die Naht auch in einer Ultraschallschweißmaschine erzeugt werden. Hierzu werden die Mate riallagen zwischen einer Sonotrode und einem Gegenwerkzeug positioniert und dann die So notrode in einer Ultraschallschwingung versetzt und gegen die Materiallagen gedrückt. Die Bearbeitung mit Ultraschall hat den Vorteil, dass die Wärme nur dort erzeugt wird, wo sie tat sächlich für den Schweißvorgang gebraucht wird.

In der Regel werden die Dichtnaht und die Kosmetiknaht in zwei Arbeitsschritten in getrennten Schweißstationen in das Material eingebracht. Erste Versuche, sowohl Dichtnaht als auch Kosmetiknaht in einer einzigen Schweißstation mithilfe einer Ultraschallschweißmaschine in die Verpackung einzubringen, sind gescheitert, da hier keine zuverlässige Prozesskontrolle erfolgen kann. Werden Sonotrode und Gegenwerkzeug mit einer zu geringen Kraft beim Schweißen aufeinander gedrückt, so besteht die Gefahr, dass sich die Kosmetiknaht nach dem Verschweißen wieder öffnet. Um dies zu verhindern müsste die Kraft, mit welcher Sono trode und Gegenwerkzeug bei der schweißenden Bearbeitung der Materiallagen aufeinander gedrückt werden, erhöht werden, was zu einer Beschädigung der Dichtnaht führen könnte. Es gibt Fälle, in denen müsste für eine optimale Dichtnaht die Kraft verringert und für eine optimale Kosmetiknaht die Kraft vergrößert werden oder umgekehrt. Beide Anforderungen können jedoch nicht zugleich erfüllt werden.

Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallschweißmaschine, ein Gegenwerkzeug sowie ein Verfahren bereitzustellen, dass eine zuverlässige und einfache Erzeugung einer Dicht- und Kosmetiknaht erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch ein Gegenwerkzeug für eine Ultraschallschweißmaschine gelöst, wobei das Gegenwerkzeug zwei getrennte Siegelflächen aufweist, die dafür vorgesehen sind, mit einem zu bearbeitenden Material in Kontakt zu treten. Dabei ist die eine Siegelfläche zur Erzeugung der Dichtnaht vorgesehen, während die andere Siegelfläche zur Erzeugung der Kosmetiknaht vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist das Gegenwerkzeug zweiteilig ausgebil det, wobei die beiden T eile des Gegenwerkzeuges relativ zueinander bewegbar sind und jedes der beiden Teile eine der beiden Siegelflächen aufweist. Durch die relative Beweglichkeit der beiden Teile kann nun die von dem Gegenwerkzeug auf das zu bearbeitende Material aufgebrachte Kraft für die beiden getrennten Siegelflächen un abhängig voneinander erhöht oder verringert werden, was die Prozesssicherheit des beschrie benen Verfahrens deutlich erhöht. Außerdem können die Schweißvorgänge von Dicht- und Kosmetiknaht zeitlich getrennt werden, wodurch eine zuverlässige Prozesskontrolle garantiert werden kann, da die Prozessparameter zur Überprüfung der Nahtqualität nun in zwei vonei nander getrennten Schweißprozessen ausgewertet werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest eines der beiden Teile einen Antrieb auf, mit dem dieses Teil relativ zu dem anderen Teil bewegt werden kann. Dabei ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass nur eines der beiden Teile einen Antrieb aufweist, mit dem dieses Teil relativ zu dem anderen Teil bewegt werden kann, wobei am besten das eine Teil am anderen Teil befestigt ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die beiden Teile des Gegenwerk zeuges derart relativ zueinander bewegbar sind, dass in einer ersten Position die erste Sie gelfläche über die zweite Siegelfläche vorsteht und in einer zweiten Position die zweite Sie gelfläche über die erste Siegelfläche vorsteht.

Durch diese Maßnahme kann sichergestellt werden, dass eine Verschweißung nur über die erste Siegelfläche oder nur über die zweite Siegelfläche möglich ist.

Zusätzlich kann das Gegenwerkzeug ein Umlenkelement aufweisen, welches die Packung in den dafür vorgesehenen Schlitz im Ultraschallschweißwerkzeug (Sonotrode) drückt und somit ein Verrutschen der Packung während des Schweißvorgangs verhindert. Diese Fixierung der Packung kann notwendig sein, um eine garantiert dichte und reproduzierbare Ultraschallschweißung der Dichtnaht sicherzustellen. Das Umlenkelement kann zwischen den beiden Siegelflächen angeordnet sein. Eine Klemmung der Packung kann alternativ auch direkt oberhalb der Siegelwerkzeuge mit einer zusätzlichen Klemmvorrichtung durchgeführt werden, was die Verwendung eines Umlenkelement und eines Schlitz im Ultraschallschweißwerkzeug (Sonotrode) überflüssig macht. Da die Kosmetiknaht keine Dichtheitsanforderung hat, kann die Schweißung der Kosmetiknaht ohne Fixierung der Packung geschehen.

Weiterhin kann das erste Teil des Gegenwerkzeuges eine vordere Fläche mit einer einem vorspringenden Abschnitt aufweisen, der die erste Siegelfläche aufweist, wobei das zweite Teil des Gegenwerkzeuges auf der vorderen Fläche, jedoch nicht auf dem vorspringenden Abschnitt des ersten Teils des Gegenwerkzeuges und relativ zu der vorderen Fläche beweg bar positioniert ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Siegelfläche des Gegenwerkzeuges eine längliche Siegelkontur mit einer strukturlosen Oberfläche ist, wäh rend die zweite Siegelfläche des Gegenwerkzeuges, welcher zur Erzeugung der Kosmetiknaht vorgesehen ist, eine Siegelkontur mit einer strukturierten Oberfläche aufweist. Unter einer strukturlosen Oberfläche wird verstanden, dass die Oberfläche glatt ist. Unter einer strukturier ten Oberfläche wird verstanden, dass die Oberfläche eine Vielzahl von getrennten oder mitei nander verbundenen Strukturelementen aufweist, die über die Oberfläche vorstehen oder in diese eingelassen sind, so dass sie Vertiefungen bilden. Die erste Siegelfläche kann eben sein. Sie kann aber auch konvex gekrümmt sein. Beispielsweise kann die erste Siegelfläche die Form eines Wulstes mit einem Radius zwischen 1 und 5 mm sein.

Hinsichtlich der Ultraschallschweißmaschine wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ultraschallschweißmaschine eine Sonotrode besitzt, welche in einer Ultra schallschwingung angeregt werden kann und das beschriebene Gegenwerkzeug aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sonotrode eine ebene, gegebenenfalls unter brochene, Siegelfläche auf, die zwei Siegelflächenabschnitte enthält, welche jeweils gegen über einer Siegelfläche des Gegenwerkzeuges angeordnet sind. Dabei ist ein Siegelflächen abschnitt dafür vorgesehen, mit der ersten Siegelfläche des Gegenwerkzeuges zur Erzeugung der Dichtnaht zusammenzuarbeiten, während der andere Siegelflächenabschnitt dafür vorgesehen ist, mit der zweiten Siegelfläche des Gegenwerkzeuges zur Erzeugung der Kosmetiknaht zusammenzuarbeiten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, kann auf die Trennung der Siegelflächenabschnitte in der Sonotrode verzichtet werden.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Dicht- und Kosmetiknaht mit den Schritten erzeugt wird:

A) Bereitstellen einer Ultraschweißmaschine nach einem der Ansprüche 6-7,

B) Anordnen eines zu verschweißenden, mehrlagigen Materials zwischen der Sonot rode und dem Gegenwerkzeug, C) Anordnen der beiden Teile des Gegenwerkzeuges derart, dass die erste Siegelflä che des Gegenwerkzeuges näher an der Sonotrode angeordnet ist als die zweite Siegelfläche des Gegenwerkzeuges,

D) Aufeinander zubewegen von Sonotrode und Gegenwerkzeug, sodass das zu ver schweißende, mehrlagige Material sowohl mit der Siegelfläche der Sonotrode als auch der ersten Siegelfläche des Gegenwerkzeuges in Kontakt tritt, wobei während Schritt D) und/oder daran anschließend die Sonotrode in eine Ultraschallschwin gung versetzt wird,

E) Bewegen des zweiten Teiles des Gegenwerkzeuges relativ zum ersten Teil des Gegenwerkzeuges derart, dass das zu verschweißende, mehrlagige Material so wohl mit der Siegelfläche der Sonotrode als auch der zweiten Siegelfläche des Ge genwerkzeuges in Kontakt tritt, wobei während Schritt E) und/oder daran anschlie ßend die Sonotrode in eine Ultraschallschwingung versetzt wird.

Dabei kann in Schritt E) die Bewegung derart erfolgen, dass die erste Siegelfläche des Ge genwerkzeuges nicht mit dem zu verschweißenden, mehrlagigen Material in Kontakt tritt.

Die Anregung der Sonotrode kann bereits während der Bewegungsschritte D) oder E) erfol gen. Es ist aber auch möglich, dass die Anregung der Sonotrode mit Ultraschall erst dann erfolgt, wenn die Bewegungsschritte D) oder E) beendet sind und das mehrlagige Material mit der Sonotrode und dem ersten oder zweiten Teil des Gegenwerkzeuges in Kontakt steht. Auch kann nach den Bewegungsschritten D) oder E) zunächst noch eine Ruhephase von beispielsweise 20 ms vorgesehen sein, bevor die Sonotrode mit einer Ultraschallschwingung angeregt wird.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn das zu verschweißende, mehrlagige Material während Schritt D) und/oder E) mit einer Haltevorrichtung derart gehalten wird, dass eine Relativbewegung der einzelnen Lagen des mehrlagigen Materials verhindert wird.

Durch die Trennung der Schweißvorgänge ist es auch möglich, die Schwingungsamplitude, mit welcher die Sonotrode im angeregten Zustand schwingt nach Schritt D) anders als nach Schritt E) zu wählen. Obgleich erfindungsgemäß nun sowohl die Dichtnaht als auch die Kos metiknaht in nur einer Schweißstation erzeugt werden können, werden die beiden Nähte in Abhängigkeit von der Position des zweiten Teils des Gegenwerkzeuges zeitlich nacheinander erzeugt. Die über den ersten Teil des Gegenwerkzeuges auf das mehrlagige Material aufge brachte Kraft zur Erzeugung der Dichtnaht hat bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform keinen Einfluss auf die Kosmetiknaht, da der zweite Teil des Gegenwerkzeuges in diesem Moment mit dem mehrlagigen Material nicht in Kontakt ist. In gleicher Weise hat die über den zweiten Teil des Gegenwerkzeuges auf das mehrlagige Material aufgebrachte Kraft zur Er zeugung der Kosmetiknaht keinen Einfluss auf die Dichtnaht, da der erste Teil des Gegen werkzeuges in diesem Moment mit dem mehrlagigen Material nicht in Kontakt ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung wer den deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren:

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, Figur 2die Ausführungsform von Figur 1 in einer ersten Position,

Figur 3die Ausführungsform von Figur 1 in einer zweiten Position,

Figur 4eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform in einer ersten Position und Figur 5 eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform in einer zweiten Position.

In Figur 1 ist schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Eine Sonotrode 1 weist zwei Siegelflächenabschnitte 8, 9 auf, die in einer gemeinsamen Siegelfläche liegen. Die beiden Siegelflächenabschnitte 8, 9 sind durch eine Ausnehmung 12 voneinander getrennt. Die Sonotrode 1 ist auf einer Seite eines Materials 5, das aus mindestens zwei Materiallagen besteht, die miteinander verschweißt werden sollen, angeordnet. Gegenüber dem Material 5 ist ein erfindungsgemäßes Gegenwerkzeug 2 angeordnet. Dieses weist ebenfalls zwei Siegelflächen, nämlich die Siegelfläche 6 und die Siegelfläche 7 auf. Zwischen den beiden Siegelflächen ist ein Umlenkelement 10 angeordnet, das, wenn Sonotrode und Gegenwerkzeug aufeinander zu bewegt werden, in die Ausnehmung 12 der Sonotrode eintaucht und das Material 5 dort derart fixiert, dass die einzelnen Lagen des mehrlagigen Materials nicht relativ zueinander verrutschen können.

Das Gegenwerkzeug 2 besteht aus zwei Teilen, nämlich einem ersten Teil 3 und einem zwei ten Teil 4. Das erste Teil 3 weist die erste Siegelfläche 6 auf. Der zweite Teil 4 weist die zweite Siegelfläche 7 auf, die im gezeigten Beispiel an ihrer Oberfläche strukturiert ist. Um das erfin dungsgemäße Verfahren durchzuführen wird das Gegenwerkzeug zunächst in die in Figur 2 gezeigte Position gebracht, d.h. mithilfe der Mechanik 11 wird das zweite Teil 4 des Gegen werkzeuges 2 relativ zum ersten Teil 3 des Gegenwerkzeuges 2 bewegt und zwar derart, dass die erste Siegelfläche 6 in Richtung der Sonotrode 1 gegenüber der zweiten Siegelfläche 7 vorsteht. In dieser Position des Gegenwerkzeuges werden nun Sonotrode und Gegenwerk zeug aufeinander zu bewegt, sodass das Material 5 zwischen der Siegelfläche 8 der Sonot rode und der Siegelfläche 6 des ersten Teils 3 des Gegenwerkzeuges 2 eingeklemmt und somit die Materiallagen miteinander verschweißt werden. So wird eine Dichtnaht erzeugt.

Im nächsten Schritt wird die Mechanik 11 des Gegenwerkzeuges betätigt, um das Gegenwerk zeug in die in Figur 3 gezeigte Position zu bringen. Bei dieser Position steht das zweite Teil 4 des Gegenwerkzeuges zwei in Richtung der Sonotrode 1 gegenüber dem ersten Teil 3 des Gegenwerkzeuges 2 vor. Der Abstand zwischen den höchsten Erhebungen der Siegelflächen 6 und 7 beträgt b bzw. a, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform beträgt a und b jeweils ca. 1 mm.

In der in Figur 3 gezeigten Position kommt es nun aufgrund der vorgerückten Stellung des zweiten Teils 4 des Gegenwerkzeuges 2 zu einer schweißenden Bearbeitung zwischen der Siegelfläche 7 des Gegenwerkzeuges 2 und der Siegelfläche 9 der Sonotrode 1 .

Es ist auch möglich, zunächst die Kosmetiknaht mit dem zweiten Teil 4 des Gegenwerkzeuges 2 herzustellen und im Anschluss daran die Dichtnaht mit dem ersten Teil 3 des Gegenwerk zeuges 2 herzustellen.

Das Gegenwerkzeug kann auch anders aufgebaut sein, wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist. Hier ist das Gegenwerkzeug ebenfalls zweiteilig bestehend aus einem ersten Teil 3‘, welches eine in Richtung der Sonotrode 1 ausgerichtete gestufte Fläche hat, wobei auf dem vorstehenden Teil der Stufe die Siegelfläche 6 ist, welche in der in Figur 4 gezeigten Position das Material 5 an die Sonotrode 1 drückt. In der in Figur 4 gezeigten Position ist das zweite Teil 4‘ des Gegenwerkzeuges 2 nicht mit dem Material in Kontakt. Das zweite Teil 4‘ ist auf der gestuften Fläche des ersten Teils des Gegenwerkzeuges angeordnet, sodass es nicht über den gestuften Abschnitt hervorsteht.

Das zweite Teil 4‘ des Gegenwerkzeuges kann jedoch, wie in Figur 5 zu sehen ist, in Richtung der Sonotrode 1 bewegt werden, sodass das zweite Teil 4‘ gegenüber dem gestuften Abschnitt des ersten Teils 3‘ vorsteht und lediglich das zweite Teil 4‘ bzw. dessen mit Strukturelementen versehene Siegelfläche mit dem Material 5 in Kontakt tritt und dieses gegen die Sonotrode 1 drückt. Vergleicht man die Positionen, die in den Figuren 4 und 5 gezeigt sind, so erkennt man, dass in Figur 5 das erste Teil 3‘, des Gegenwerkzeuges von der Sonotrode 1 weg bewegt wurde, während das zweite Teil 4‘ in Richtung der Sonotrode bewegt worden ist.

Bei der gezeigten Ausführungsform wird das zweite Teil 4‘ mittels eines Pneumatikzylinders relativ zum ersten Teil 3‘ des Gegenwerkzeuges 4 hin und her bewegt. Um die in Figur 5 gezeigte Schweißposition für die Kosmetiknaht festzulegen kann ein Anschlag vorgesehen sein, welcher entweder mit dem zweiten Teil 4‘ oder mit dem Pneumatikzylinder zusammen wirkt um eine Bewegung des zweiten Teils 4‘ über die in Figur 5 gezeigte Position in Richtung der Sonotrode 1 zu verhindern.

Durch die Erfindung kann nun an einer Schweißstation eine Dichtnaht und eine Kosmetiknaht erzeugt werden. Dabei können die beiden Teile des Gegenwerkzeuges mit der gewünschten Schweißkraft auf das Material gedrückt werden.

Bezugszeichen

1 Sonotrode

2 Gegenwerkzeug 3 erste Teil

3‘ erste Teil

4 zweite Teil

4‘ zweite Teil

5 Material 6 erste Siegelfläche

7 zweite Siegelfläche 8, 9 Siegelflächenabschnitt

10 Umlenkelement

11 Mechanik 12 Ausnehmung