RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 1932651 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 11.12.2006 06025608.8 (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 07.07.2010 Europejski Biuletyn Patentowy 2010/27 EP 1932651 B1 (13) T3 (51) Int. Cl. B29C65/08 B65B51/22 B23K20/10 (2006.01) (2006.01) (2006.01) (54) Tytuł wynalazku: Ultradźwiękowe urządzenie zgrzewające i urządzenie do obsługi torebek foliowych (30) Pierwszeństwo: (43) Zgłoszenie ogłoszono: 18.06.2008 Europejski Biuletyn Patentowy 2008/25 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 30.11.2010 Wiadomości Urzędu Patentowego 11/2010 (73) Uprawniony z patentu: INDAG Gesellschaft für Industriebedarf mbh & Co. Betriebs KG, Eppelheim, DE (72) Twórca (y) wynalazku: PL/EP 1932651 T3 Wild Hans-Peter, Eppelheim, DE Kraft Eberhard, Neckarbischofsheim, DE Lechert Frank, Weinheim, DE (74) Pełnomocnik: Jan Wierzchoń & Partnerzy Biuro Patentów i Znaków Towarowych rzecz. pat. Palka Grażyna 00-680 Warszawa ul. Żurawia 47/49 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
11238/10/P-RO/GP/MA EP 1 932 651 Ultradźwiękowe urządzenie zgrzewające i urządzenie do obsługi torebek foliowych [0001] Wynalazek dotyczy ultradźwiękowego urządzenia zgrzewającego typu przedstawionego w części wstępnej zastrzeżenia patentowego. [0002] Zgrzewanie ultradźwiękowe jest chętnie stosowane do łączenia warstw folii lub innych materiałów o ograniczonej grubości, korzystnie z termoplastycznych tworzyw sztucznych, ale również z metali, jak na przykład aluminium (patrz np. EP-A-356 889 lub FR -A-2067838). Szczególnie korzystną dziedziną stosowania zgrzewania ultradźwiękowego jest produkcja torebek foliowych na środki spożywcze, zwłaszcza znanych torebek na napoje. Urządzenie do zgrzewania ultradźwiękowego zawiera zwykle sonotrodę do wytwarzania drgań ultradźwiękowych. Sonotroda jest dociskana pod pewnym ciśnieniem do warstwy folii znajdującej się między nią a kowadełkiem, przy czym podczas zgrzewania zarówno sonotroda, jak i kowadełko działają na warstwy foliowe pod kątem 90 do kierunku siły ciężkości. Kowadełko jest umieszczone z możliwością drgań i obciążone na przykład za pomocą sprężyny w kierunku sonotrody. Drgania ultradźwiękowe wytwarzają ciepło tarcia na łączonych powierzchniach między warstwami foliowymi; co powoduje, że materiał staje się lepki, a folie po schłodzeniu łączą się ze sobą. Jednak okazało się, że warstwy folii, pomimo zastosowania urządzeń przytrzymujących lub podparcia przez taśmy transportujące albo pomimo zastosowania innych podobnych metod, mogą się poruszać pod wpływem drgań lub siły ciężkości, co może prowadzić na przykład do niedokładnego przebiegu linii zgrzewania. Jest to niekorzystne i zauważalne na przykład wówczas, gdy podczas wytwarzania torebek foliowych napełniona torebka powinna zostać zamknięta. Napełnione torebki muszą być transportowane prosto, przez co przynajmniej część ciężaru napełnionej torebki musi być przyjęta przez materiał w obszarze zgrzewanej spoiny. Ponieważ w tym miejscu materiał w wyniku działania ultradźwięków staje się lepki, nie zawsze udaje się zapobiec przesunięciu zgrzewanej spoiny poprzez optymalne podparcie torebki. [0003] Z US 4 187 768, który ujawnia ultradźwiękowe urządzenie do zgrzewania według części wstępnej zastrzeżenia 1, znany jest sposób wytwarzania pojemnika papierowego, w którym papier jest przewidziany z warstwą folii z tworzywa sztucznego i zgrzewany w obszarze denka za pomocą ultradźwięków. Obszar denka zawiera zawiniętą zakładkę z umieszczoną promieniowo wewnątrz przegrodą pionową, w której ścianka zewnętrzna pojemnika ma swój początek i podnosi się ukośnie na zewnątrz. Zgrzewanie ultradźwiękowe odbywa się w obszarze zakładanej krawędzi, przy czym sonotroda, umieszczona przy użyciu poziomej linii środkowej, posiada ukośną powierzchnię działania odpowiadającą ukosowi podnoszenia się ścianki zewnętrznej pojemnika, a kowadełko lub uchwyt zawiera
2 powierzchnię działania umieszczoną równolegle do pionowej przegrody powierzchni zakładki. [0004] EP-A-7558 opisuje sposób zgrzewania ultradźwiękowego materiału ułożonego w warstwy. Materiał prowadzony jest poziomo poprzez rolkę z napędem lub bez napędu, która służy jednocześnie jako kowadełko dla sonotrody ultradźwiękowego urządzenia zgrzewającego. Sonotroda jest ustawiona ukośnie względem pionu i działa na zgrzewane warstwy materiału w taki sposób, że są one przesuwane do przodu w żądanym kierunku transportu. [0005] Zadaniem wynalazku jest stworzenie takiego ultradźwiękowego urządzenia zgrzewającego, które dostarcza prawidłowe spoiny zgrzewane. [0006] Zadanie to zostało rozwiązane poprzez cechy podane w zastrzeżeniu patentowym 1. [0007] Według wynalazku poprzez ukośne ustawienie sonotrody i/lub kowadełka lub jego urządzenia obciążającego, w wyniku zgrzewania ultradźwiękowego do zgrzewanego materiału jest wprowadzany składnik siły zgrzewania, skierowany przeciwnie do kierunku siły ciężkości, który wystarcza do eliminacji wpływu siły ciężkości przynajmniej w takim stopniu, że zgrzewane spoiny przebiegają dokładnie we wstępnie określonym miejscu. Ustalono w sposób zaskakujący, że dzięki wykonaniu według wynalazku można wyrównać krótkie zwolnienie warstw folii w zgrzewanej szczelinie, wywołane większą bezwładnością drgań systemu mechanicznego (kowadełka z urządzeniem obciążającym) względem drgań ultradźwiękowych sonotrody, tak że zgrzewana spoina nie jest już odchylana do góry pod wpływem siły ciężkości. [0008] Korzystne dalsze wykonania wynalazku są podane w zastrzeżeniach zależnych. [0009] Ustalono, że już stosunkowo małe odchylenie kąta wprowadzonej siły zgrzewania, w porównaniu z kierunkiem zwykle przebiegającym pionowo względem siły ciężkości, wystarcza do uzyskania skutku osiąganego według wynalazku. [0010] Korzystnie jednak płaszczyzny kątowe sonotrody i/lub kowadełka powinny przebiegać równolegle do kierunku siły ciężkości, aby uniknąć załamania warstw folii znajdujących się w szczelinie przyjmującej. [0011] Przedstawiony wynalazek jest stosowany również w przypadku układania jednocześnie więcej niż jednej zgrzewanej spoiny, co uzyskuje się przez przynajmniej dwie krawędzie zgrzewania umieszczone w pewnej odległości względem siebie. [0012] Według wynalazku ultradźwiękowe urządzenie zgrzewające jest korzystnie stosowalne w urządzeniu do obsługi torebek foliowych, w którym wypełnione torebki foliowe są transportowane prosto w urządzeniu transportującym. [0013] Celowo wypełnione torebki foliowe są podpierane dodatkowo przez odpowiednio ukształtowane urządzenie transportowe przeciwnie do działania siły ciężkości, co może być realizowane na przykład za pomocą urządzenia zaciskającego do bocznego zaciskania torebek foliowych.
3 [0014] Przykład wykonania wynalazku zostanie dalej szczegółowo wyjaśniony na podstawie figury. Pokazuje on: Figura 1 uproszczony schematyczny widok z boku ultradźwiękowego urządzenia zgrzewającego według wynalazku. Figura 2 powiększony szczegół A z figury 1. Figura 3 Figura 4 widok zgodnie z figurą 2 z sonotrodą odsuniętą od kowadełka oraz widok poglądowy wprowadzenia siły. [0015] Figura 1 przedstawia uproszczony schemat ultradźwiękowego urządzenia zgrzewającego 1 według wynalazku, które jest tutaj stosowane do zgrzewania warstw foliowych z dwóch stron otworu napełniającego 2a torebki foliowej 2. Torebka foliowa 2 ma ścianki wykonane z materiału foliowego, który może zawierać jedną lub więcej warstw z tego samego lub różnych materiałów, na przykład z folii termoplastycznych z tworzywa sztucznego, folii metalowych lub podobnych. Ewentualnie pożądane spoiny boczne 2c i denko 2d są już zamknięte. Torebka foliowa 2 jest korzystnie jedną ze zwykłych torebek na napoje. [0016] Torebka foliowa 2 jest doprowadzana prosto, to znaczy ze skierowanym do góry otworem napełniającym 2a i już napełniona (to znaczy z wybrzuszonymi ściankami bocznymi), do ultradźwiękowego urządzenia zgrzewającego 1 przez urządzenie transportujące 3. Urządzenie transportujące 3 może zostać ukształtowane dowolnie i dopasowane do transportowanego przedmiotu. W przedstawionym przykładzie wykonania urządzenie transportujące 3 zawiera korzystnie przynajmniej jeden chwytak 4, który chwyta jedno lub dwustronnie za spoiny boczne 2c torebkę foliową 2 i przemieszcza ją przez ultradźwiękowe urządzenie zgrzewające 1, a jednocześnie służy jako podparcie. Urządzenie transportujące 3 może poza tym wykazywać powierzchnię podparcia 5, na przykład w postaci taśmy transportowej lub podobnej, dzięki czemu ciężar torebki foliowej 2 wraz z jej zawartością jest przejmowany przez urządzenie transportujące 3. [0017] Urządzenie transportujące 3 doprowadza torebkę foliową 2 do ultradźwiękowego urządzenia zgrzewającego 1, dzięki czemu zgrzewany obszar (w przedstawionym przykładzie wykonania to warstwy folii na przeciwnych odcinkach ścianki w obszarze poniżej otworu napełniającego 2a) dostaje się pionowo względem płaszczyzny figury 1 do szczeliny przyjmującej 6 między kowadełkiem 7 a sonotrodą 8 (młoteczek ultradźwiękowy) ultradźwiękowego urządzenia zgrzewającego 1. Sposób pracy ultradźwiękowego urządzenia zgrzewającego 1 jest znany i nie wymaga wyjaśnienia w niniejszym dokumencie. Podsumowując należy stwierdzić, że drgania ultradźwiękowe sonotrody 8, pod wpływem docisku sonotrody 8 do kowadełka 7, dostarczają zgrzewanemu materiałowi wymaganą do zgrzania energię ultradźwiękową. Docisk zostaje określony i zamortyzowany przez urządzenie 9 naprężenia wstępnego, które korzystnie sprężynuje, powstają drgania i kowadełko zostaje wstępnie naprężone w kierunku sonotrody 8. Na kowadełku 7, na powierzchni bazowej 10a skierowanej do torebki foliowej 2, przewidziane są krawędzie zgrzewające 10, które określają położenie i liczbę zgrzewanych spoin. W przedstawionym
4 przykładzie wykonania przewidziane są przynajmniej dwie krawędzie zgrzewające (lub przynajmniej dwie grupy) umieszczone w pewnej odległości względem siebie. [0018] Jak dokładniej widać na podstawie figur 2 do 4, ultradźwiękowe urządzenie zgrzewające 1 według wynalazku jest ukształtowane w taki sposób, że powstaje jeden składnik wprowadzonej siły zgrzewania, skierowany przeciwnie do kierunku siły ciężkości G, przy czym siła zgrzewania wynika pierwotnie z siły docisku w szczelinie przyjmującej 6. Składnik 9 wprowadzonej siły, skierowany przeciwnie do kierunku działania siły ciężkości, wspiera zgrzewane warstwy folii od dołu do góry ukośnie, dzięki czemu są kompensowane zarówno skutki zmiennej bezwładności sonotrody i kowadełka, jak również siły rozciągające, wprowadzone do warstw folii, na przykład przez wypukłość ścian bocznych, spowodowaną wprowadzeniem zawartości, jak również działanie siły ciężkości w przypadku niepodpartych od spodu torebek 2, dzięki czemu możliwe są prosto przebiegające i nieprzesunięte linie zgrzewania. Ustalono, że wystarczające jest stosunkowo małe odchylenie kątowe do góry ukośnie względem zwykle poziomo przebiegającego działania siły, to znaczy pionowo względem kierunku siły ciężkości G. Szczególnie dobre wyniki osiągnięto w przypadku odchylenia kątowego, wynoszącego jedynie około 2, to znaczy pod kątem α względem kierunku siły ciężkości G wynoszącym 88. Kąt α może być jednak również większy niż 70 i wynosić od 80 do 89,5, od 85 do 89 lub od 87 do 89. [0019] Składnik, skierowany przeciwnie do kierunku działania siły ciężkości, uzyskiwany jest korzystnie w taki sposób, że przy wprowadzonej sile równoległej do linii środkowej ta linia środkowa umieszczona jest pod kątem α ukośnie do kierunku siły ciężkości G. W najprostszy sposób można to uzyskać dzięki ukośnemu ustawieniu sonotrody 8, to znaczy, gdy jej linia środkowa 8a ustawiona jest równolegle do linii środkowej siły działającej pod kątem α. W ten sposób zarówno docisk działający na kowadełko 7, jak również ciśnienie dźwięku wywołane przez drgania ultradźwiękowe, wytwarzają składnik. Możliwe jest również, że dodatkowe lub alternatywne wprowadzenie siły przeciwnej przez kowadełko 7 odbywa się pod kątem α, przy czym korzystnie kowadełko 7 i/lub urządzenie 9 naprężenia wstępnego zostaje ustawione ukośnie. [0020] W przedstawionym przykładzie wykonania płaszczyzna działania 11 sonotrody 8 i płaszczyzna działania 12 kowadełka 7 przebiegają równolegle do kierunku siły ciężkości G, a tym samym równolegle względem siebie, dzięki czemu szczelina przyjmująca 6 rozciąga się ze stałą w znacznym stopniu w kierunku siły ciężkości G. Jako płaszczyzna działania 11, 12 definiowana jest ta płaszczyzna, na której leży większość punktów powodujących zgrzewanie na sonotrodzie 8 i na kowadełku 7. Oznacza to, że głowica 8b sonotrody 8 jest tak ukształtowana, że jej przednia powierzchnia, leżąca w płaszczyźnie działania 11, przyjmuje kąt α względem linii środkowej 8a sonotrody 8. Możliwe jest również wykorzystanie ukośnie przebiegającej płaszczyzny działania w sonotrodzie i/lub kowadełku względem kierunku siły ciężkości, jeżeli nie przeszkadza spowodowane tym lekkie odchylenie kątowe obszarów powyżej zgrzewanej spoiny względem obszarów znajdujących się poniżej tej spoiny. [0021] W celu zgrzewania warstw folii torebki foliowej 2 są one wprowadzane przez urządzenie transportujące 3 do szczeliny przyjmującej 6 i łączone ze sobą pod działaniem siły
5 zgrzewania skierowanej ukośnie do góry. W idealnym przypadku kąt α jest tak dopasowany do sił ciągnących ku dołowi warstwy folii, którymi są np. wypukłości ścian bocznych torebki, spowodowane przez jej zawartość, ciężar torebki foliowej 2 itd., że nie mogą one zostać przesunięte dodatkowo do zabezpieczenia przed przesunięciem według wynalazku do dołu lub do góry, to znaczy że składnik siły zgrzewania skierowany ukośnie do góry wyrównuje działanie sił skierowanych do dołu (siła ciężkości, siła rozciągająca, itd.). Jednak dla bezpieczeństwa może zostać wybrana większa wartość składnika siły ukośnie skierowanego do góry niż oddziaływanie tych sił i dzięki odpowiedniemu mocowaniu, na przykład przez chwytaki 4 działające z boku i/lub powyżej zgrzewanej spoiny, może zostać wytworzona wystarczająca siła przeciwna, zapobiegająca podnoszeniu się warstw folii. [0022] W odróżnieniu od opisanego powyżej i przedstawionego na rysunkach przykładu wykonania, składnik skierowany przeciwnie do siły ciężkości może zostać uzyskany również wówczas, kiedy obydwie płaszczyzny działania zostaną usytuowane równolegle względem siebie, to znaczy szczelina przyjmująca ustawiona będzie ukośnie. W tym wykonaniu siła dociskająca wytwarza jedynie składnik wprowadzonej siły skierowany przeciwnie do siły ciężkości. Sporządziła i zweryfikowała Grażyna Palka Rzecznik patentowy
6 Zastrzeżenia patentowe 1. Ultradźwiękowe urządzenie zgrzewające (1), z sonotrodą (8) i kowadełkiem (7), do zgrzewania warstw folii pod działaniem siły, przy czym warstwy folii znajdują się w szczelinie przyjmującej (6) przewidzianej między płaszczyzną działania (11) sonotrody (8) a płaszczyzną działania (12) kowadełka (7), znamienne tym, że linia środkowa wprowadzonej siły sonotrody (8) i/lub kowadełka (7) i/lub jego urządzenia (9) naprężenia wstępnego do wytworzenia składnika () wprowadzonej siły, skierowanego przeciwnie do kierunku siły ciężkości (G), przy zgrzewaniu pod kątem (α) różnym od 0 i 90, jest ustawiona ukośnie do kierunku siły ciężkości (G). 2. Ultradźwiękowe urządzenie zgrzewające (1) według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że wprowadzenie siły przy zgrzewaniu następuje pod kątem (α) względem kierunku siły ciężkości (G) większym niż 70, korzystnie między 80 a 89,5, korzystnie między 85 a 89, korzystnie między 87 a 89 i szczególnie korzystnie pod kątem 88. 3. Ultradźwiękowe urządzenie zgrzewające według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienne tym, że płaszczyzna działania (11) sonotrody (8) przebiega równolegle do kierunku siły ciężkości (G). 4. Ultradźwiękowe urządzenie zgrzewające (1) według jednego z zastrzeżeń 1 do 3, znamienne tym, że płaszczyzna działania (12) kowadełka (7) przebiega równolegle do kierunku siły ciężkości (G). 5. Ultradźwiękowe urządzenie zgrzewające (1) według jednego z zastrzeżeń 1 do 4, znamienne tym, że kowadełko (7) i/lub sonotroda (8) są przewidziane z powierzchnią bazową (10a) i przynajmniej dwiema krawędziami zgrzewania (10) umieszczonymi w pewnej odległości od siebie. 6. Urządzenie do obsługi torebek foliowych (2), z urządzeniem transportującym (3) do prostego transportu napełnionych torebek foliowych (2) i ultradźwiękowym urządzeniem zgrzewającym (1) według jednego z zastrzeżeń 1 do 5 do zamykania torebek foliowych (2). 7. Urządzenie do obsługi torebek foliowych (2) według zastrzeżenia 6, znamienne tym, że urządzenie transportujące (3) posiada urządzenie zaciskające (4) do bocznego zaciskania torebek foliowych (2). Sporządziła i zweryfikowała Grażyna Palka Rzecznik patentowy
7
SZCZEGÓŁ A 8
SZCZEGÓŁ A 9