用于制造包裝的方法和包裝機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制造由紙質材料(5)，尤其是紙張、紙板或厚紙板，構成的包裝(18)的方法，包括以下步驟：用由紙質材料(5)構成的下料(19)成型包裝(18)，其中，所述紙質材料在至少一個接合部位(21)上搭接，將所述至少一個接合部位(21)定位在超聲觸頭(2)和鐵砧(3)之間，以接合力沿著接合力方向(6)加載所述接合部位(21)，并且將所述超聲觸頭(2)置于超聲波振動中，以便對所述紙質材料(5)在所述接合部位(21)上進行超聲波焊接，其特征在于，在所述包裝(18)成型前和/或所述包裝(18)成型過程中和/或所述包裝(18)成型后和/或所述超聲波焊接過程中，對所述紙質材料(5)優(yōu)選在接合部位(21)的內(nèi)側進行潤濕。
【專利說明】
用于制造包裝的方法和包裝機
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種用于制造包裝的方法和一種相應的包裝機。在該方法和該包裝機中通過超聲波接合方法將紙質材料，尤其紙張、紙板或厚紙板，連接起來。
【背景技術】
[0002]在EP 0340 334 A2中闡述了適用于將兩層或多層紙制品通過超聲波連接的裝置。此處使用的紙設置有熱塑性涂層。此處通過超聲觸頭產(chǎn)生縱波，使得該超聲觸頭在超聲波振動時向鐵砧處移去并且再從鐵砧處移開。此處通過相應的超聲波頻率和相應的擠壓力引起紙質層的充分壓實。同時，在熱塑性涂層的微區(qū)中產(chǎn)生高熱量，并因此出現(xiàn)紙質層的粘接。
[0003]附圖10在示意性簡化視圖中示出根據(jù)現(xiàn)有技術的、用于連接具有熱塑性涂層的紙質材料的超聲波接合裝置100。該裝置100包括根據(jù)現(xiàn)有技術的超聲觸頭102和根據(jù)現(xiàn)有技術的鐵砧103。要被接合的紙質材料5處于超聲觸頭102和鐵砧103之間，其中，熱塑性涂層108彼此相鄰。紙質材料5在超聲觸頭102和鐵砧103之間的間隙中被加載以接合力106。超聲觸頭102實施具有振動方向107的超聲波振動。在根據(jù)現(xiàn)有技術的裝置100中，振動方向107與接合力106的方向相互平行地指向。此處超聲觸頭102的縱向運動方向因而被用于接合過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置中，利用潤濕接合部位實現(xiàn)超聲波焊接。這使得能夠在沒有粘接劑或者熱塑性涂層的情況下實現(xiàn)紙質材料的牢固、清潔的接合。這些優(yōu)點通過用于制造紙質材料包裝的方法實現(xiàn)。該紙質材料尤其由紙、紙板或厚紙板組成。此處尤其可以使用波紋厚紙板。該方法包括以下步驟:(i)由紙質材料構成的下料成型包裝，其中，紙質材料在至少一個接合部位上搭接。(ii)在超聲觸頭和鐵砧之間定位所述至少一個接合部位。(iii)在限定的接合力方向上以接合力加載接合部位。(iv)使超聲觸頭處于超聲波振動中，以便將紙質材料超聲波焊接在接合部位上。根據(jù)本發(fā)明，可設置的是，在包裝成型前和/或包裝成型過程中和/或包裝成型后和/或超聲波摩擦焊接過程中，對紙質材料優(yōu)選在接合部位的內(nèi)側進行潤濕。該潤濕優(yōu)選通過液態(tài)水和/或水蒸汽和/或潤濕介質諸如此類實現(xiàn)。特別優(yōu)選使用無添加劑的純凈水。假定的是，在接合部位處紙質結構通過超聲波焊接容易被破壞并因此形成局部紙漿。該紙漿由于超聲波和通過接合力產(chǎn)生的壓力的作用而實現(xiàn)紙質纖維的纏繞，并因此實現(xiàn)紙質纖維的粘接，這與造紙類似。接合面的壓實導致氫鍵的形成。這也經(jīng)常被闡述為纏繞?？梢酝ㄟ^潤濕主動促進氫鍵的局部形成。尤其在包裝工業(yè)中，可借助于分散型粘接劑(冷膠)和熱熔型粘接劑(熱膠)應用多種類型的粘接連接。為了優(yōu)化包裝過程，以便更干凈和更衛(wèi)生地構型，可以在根據(jù)本發(fā)明的超聲波焊接方法中置入潤濕的接合部位。通過0.1s到Is范圍內(nèi)的短周期和0.1s到2s的保持時間，根據(jù)本發(fā)明的方法特別適用于大件數(shù)的批量生產(chǎn)。相比于粘接方法，根據(jù)本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點:根據(jù)本發(fā)明，不需要接合材料，以至于熱膠及冷膠可以被替代。對于借助于超聲波的接合過程，紙質材料不需要附加的熱塑性涂層。傳統(tǒng)的涂膠器非常傾向于造成污染。因為在根據(jù)本發(fā)明的方法中，除了優(yōu)選使用用于潤濕的水外，優(yōu)選不使用添加劑，因此可以實現(xiàn)污染的降低，并且因此實現(xiàn)對于食品及制藥工業(yè)非常重要的衛(wèi)生標準的遵守。由此得出，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，不存在接合劑(膠)泄漏到包裝品中的風險。此外，因為不必要對熱膠連續(xù)加熱，節(jié)省了大量能量。為該方法所必需的能量僅在接合時間范圍內(nèi)、即毫秒范圍內(nèi)被需要。
[0005 ]從屬權利要求示出本發(fā)明的優(yōu)選擴展方案。
[0006]由超聲觸頭產(chǎn)生的超聲波振動具有確定的振動方向。在通過超聲觸頭施加超聲波振動的同時，對超聲觸頭和對置的鐵砧之間的間隙中的紙質材料加載接合力。該接合力在接合力方向上取向。在第一種方案中優(yōu)選設置為，振動方向和接合力方向相互不平行地指向。在現(xiàn)有技術中，超聲觸頭的振動方向始終平行于接合力方向。因此，在現(xiàn)有技術中，振動微粒的縱向運動方向主要用于接合縫中的能量產(chǎn)生。此處熱能由接合配對方的分子內(nèi)摩擦和界面摩擦產(chǎn)生。此處界面摩擦的熱能由接合材料通過鐵砧幾何形狀發(fā)生變形的變形能量獲得。與此相反，在本發(fā)明中得出，如果使用主要利用界面摩擦的摩擦焊接方法，則紙質材料能夠更好地接合。相對于接合力方向平行于超聲觸頭的振動方向指向的超聲波縱向焊接，優(yōu)選使用的超聲波摩擦焊接具有各種優(yōu)點:在超聲波摩擦焊接中，可以使用具有更小的聲波衰減的材料，尤其在紙質材料中是這種情況。由于接合的紙質材料的摩擦運動，沒有可以檢測的如通過在縱向超聲波焊接方法中超聲觸頭的錘擊運動的噪音產(chǎn)生。在超聲波摩擦焊接方法中的接合連接的剪切強度和剝離強度明顯高于由常規(guī)的超聲波粘接接合方法產(chǎn)生的接合連接中的剪切強度和剝離強度。超聲波摩擦焊接中的另一個重要優(yōu)點為，利用整體振動、而不僅利用在接合部位方向上作用的振幅向紙質材料中輸入能量。由于避免了向要接合的紙質材料上的錘擊運動，該紙質材料在實施超聲波摩擦焊接時被保護。
[0007]尤其設置為，在超聲波摩擦焊接中，接合力方向與振動方向垂直或者說成直角。此處±10°的偏差仍然視為垂直。通過該取向確保振動的超聲觸頭的振幅在兩個方向上在很大程度上作用于紙質材料。同時，接合力方向相對于振動方向的垂直取向導致幾乎僅利用接合部位上的界面摩擦。
[0008]然而通過根據(jù)本發(fā)明的潤濕也可以利用超聲波縱向焊接達到好的結果。因此，在第二種方案中優(yōu)選設置為，接合力方向與振動方向平行。
[0009]超聲觸頭的超聲波振動頻率優(yōu)選處于20到40kHz之間，特別優(yōu)選處于30到35kHz之間。此外，優(yōu)選設置為，超聲觸頭的超聲波振動振幅優(yōu)選處于10到50μπι之間，特別優(yōu)選處于20到40μπι之間。尤其在這些參數(shù)用于超聲波振動的情況下，在接合部位上產(chǎn)生對于紙質材料接合有利的界面摩擦。
[0010]根據(jù)本發(fā)明在紙質材料潤濕情況下應用超聲波焊接導致非常穩(wěn)定的接合部位，以至于優(yōu)選放棄使用粘接劑或熱塑性涂層。此外，也無需在接合部位處的紙質材料上存在類似于熱塑性涂層地有利于紙質材料粘接的印刷油墨。
[0011]優(yōu)選對于多個相互間隔的接合部位使用一個共同的鐵砧和/或一個共同的超聲觸頭。由此可能的是，僅用同一個鐵砧和/或僅用同一個超聲觸頭同時接合多個接合部位。尤其是，平行的接合部位可同時由同一個鐵砧和/或同一個超聲觸頭加工。
[0012]此外，本發(fā)明包括用于制造紙質材料包裝的包裝裝置。該包裝裝置包括一個成型單元。該成型單元優(yōu)選構造為拉深單元。所述成型單元用于用由紙質材料構成的下料成型包裝。此處紙質材料如此成型，使得該紙質材料在至少一個接合部位上搭接。此外，設置至少一個可被置于超聲波振動中可移動的超聲觸頭用于紙質材料的超聲波焊接。此外，設置至少一個鐵砧作為超聲觸頭的對應工具。通過以相應的力對鐵砧和/或超聲觸頭加載來產(chǎn)生接合力。此處接合力沿接合力方向作用。根據(jù)本發(fā)明設置為，在包裝成型前和/或包裝成型過程中和/或包裝成型后和/或超聲波摩擦焊接過程中，借助于潤濕裝置對紙質材料優(yōu)選在接合部位的內(nèi)側進行潤濕。該潤濕優(yōu)選通過液態(tài)水和/或水蒸汽和/或潤濕介質諸如此類實現(xiàn)。特別優(yōu)選使用無添加劑的純凈水。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)提出的從屬權利要求和有利的擴展方案可相應有利地應用到根據(jù)本發(fā)明的包裝裝置上。
[0014]尤其設置為，成型單元包括用于包裝成型的可移動沖壓板。在該沖壓板上布置至少一個鐵砧或至少一個超聲觸頭。在特別優(yōu)選的實施方案中設置為，在沖壓板上設置至少一個鐵砧。然后所述至少一個超聲觸頭處于成型單元的外部。因此，所述至少一個鐵砧與沖壓板共同上下方移動。在接合部位接合時，鐵砧處于成型包裝的內(nèi)部。超聲觸頭置于成型包裝的外部。
[0015]此外，優(yōu)選設置供給單元。該供給單元用于將下料供應給成型單元。如前所述，優(yōu)選進行接合部位的潤濕。該潤濕特別優(yōu)選在供給單元中進行。因此，供給單元優(yōu)選包括在供給時期間用于接合部位潤濕的裝置。
[0016]此外，包裝裝置優(yōu)選包括折疊工具。通過這個折疊工具可以折疊下料的一些部分，使得例如下料的接片搭接。然后這些搭接的接片形成接合部位。超聲觸頭優(yōu)選集成到折疊工具中。
【附圖說明】
[0017]下面參照附圖詳細闡述本發(fā)明的實施例。此處示出:
[0018]圖1根據(jù)實施例用于實施本發(fā)明的方法的本發(fā)明包裝裝置的示意性簡化細節(jié)；
[0019]圖2圖1的詳細視圖；
[0020]圖3超聲波縱向焊接和超聲波摩擦焊接的對比；
[0021]圖4產(chǎn)生的接合部位的抗拉強度圖表，
[0022]圖5根據(jù)實施例用于實施本發(fā)明的方法的本發(fā)明包裝裝置，
[0023]圖6根據(jù)實施例可由本發(fā)明包裝裝置制造的完成包裝，
[0024]圖7在用于包裝的本發(fā)明包裝裝置中折疊的下料，
[0025]圖8根據(jù)實施例由本發(fā)明包裝裝置實施的折疊過程的多個闡述，
[0026]圖9圖5的詳細視圖，和
[0027]圖10根據(jù)現(xiàn)有技術的超聲波接合裝置。
【具體實施方式】
[0028]圖1示出根據(jù)實施例的包裝裝置I的高度示意性簡化視圖。該包裝裝置I可實施根據(jù)本發(fā)明的包裝方法。
[0029]包裝裝置I包括超聲觸頭2和鐵砧3。在超聲觸頭2和鐵砧3之間形成一個間隙4。要被接合的紙質材料5處于在該間隙4中。示出包裝18的在間隙4內(nèi)部搭接的兩個接片20 (參見圖6和圖7)。這兩個接片20借助包裝裝置I相互連接。
[°03°]接合力通過鐵站3作用在間隙4中的紙質材料5上。該接合力沿著接合力方向6取向。
[0031]超聲觸頭2被激發(fā)用于產(chǎn)生沿振動方向7的超聲波振動。該振動方向7相應于超聲波振動的振幅的伸展方向。
[0032]如從圖1中易于得出的是，接合力方向6與振動方向7垂直(S卩:成直角)。因此，此處涉及超聲波摩擦焊接方法。如前所述，也可實施超聲波縱向焊接。此時接合力方向6和振動方向7保持平行。
[0033]圖2示出圖1的詳細視圖，S卩，適宜性簡化。根據(jù)圖2，鐵砧3通過缸桿8加載，使得鐵砧3可以向間隙4中的紙質材料5上施加接合力。相應地，缸桿8也平行于接合力方向6布置。
[0034]此外，圖2示意性地高度簡化地示出用水9潤濕紙質材料5的可能性。如前所述，該潤濕有利于接合過程。
[0035]圖3在左側示出超聲波縱向焊接的原理。為了說明作用原理，超聲波振動的振幅未按比例示出。該振幅例如處于20到40μπι之間。圖3中的右側示出超聲波摩擦焊接的原理。在該視圖中看出，在超聲波縱向焊接時只有指向紙質材料5的下方正振幅可以發(fā)揮作用。與此相對，在如圖1和圖2中示出的超聲波摩擦焊接中進行紙質材料5在超聲觸頭上的側面壓緊。因此，兩個振幅方向、即沿著正振幅方向的伸展和沿著負振幅方向的收回或縮回有效作用于接合過程。而通過接合部位的潤濕可以在超聲波摩擦焊接和超聲波縱向焊接中達到好的結果。
[0036]圖4在曲線圖中示出實驗結果，在該結果中，300g/m2的紙板在根據(jù)現(xiàn)有技術的裝置100中和在根據(jù)本發(fā)明的包裝裝置I中被測試。在橫軸上標示了施加的接合力，單位為[N]。縱軸示出產(chǎn)生的接合部位抗拉強度，單位為[N/15mm]。上方曲線10示出根據(jù)本發(fā)明的具有潤濕接合部位和超聲波摩擦焊接的方法的結果。下方曲線101示出使用根據(jù)現(xiàn)有技術的裝置100時的實驗結果。
[0037]在本發(fā)明范圍內(nèi)以及在經(jīng)驗性研究中表明，當使用超聲波摩擦焊接作為接合方法時，紙、紙板、厚紙板可更好地相互連接。與超聲波縱向焊接相比，此時振動方向7不平行于接合力方向6，而是優(yōu)選與之垂直(S卩，成直角)。在剪切強度和剝離強度方面，連接強度值相比于超聲波縱向焊接明顯提高。此外，如圖4示出，在低接合力范圍內(nèi)也可達到相對高的抗拉強度。
[0038]根據(jù)實施的實驗，假設，對于具有相對較高的抗拉強度的連接，不僅是纖維的顯微接合和新的氫鍵起決定性作用。該結果涉及到纖維自身的聚合物、天然或合成粘接劑以及聚合物型添加劑的塑化和固化。可以認為，在接合過程中，塑化區(qū)域處于接觸表面上。縱向超聲波接合過程要求接合配對件具有提高的深度作用。對于連接質量的改善目的更明顯的是，如在本發(fā)明范圍內(nèi)已表明的那樣，機械載荷平行于接合表面作用。另一個更明顯的涉及超聲觸頭2到紙質材料5上的側面壓緊的優(yōu)點在于，兩個振幅方向上完全利用了超聲觸頭振動。在超聲波摩擦焊接中，由在振動組織中產(chǎn)生的靜止波利用了伸展運動和收縮運動。如果超聲觸頭在縱向超聲波焊接中向接合配對件壓緊，則只有伸展對焊接過程有影響，超聲觸頭在收縮時失去與紙質材料的接觸。因此，在超聲波摩擦焊接中可達到雙倍有效振幅，例如在30kHz時從24μηι提高到48μηι。
[0039]圖5示出根據(jù)實施例的包裝裝置I的詳細構造。根據(jù)該圖示，包裝裝置I包括構造為深拉單元的成型單元11。該成型單元11包括一個沖壓板12。沖壓板12借助于缸13可沿垂直方向移動。缸13例如構造為氣動缸或液壓缸。包裝裝置I的導向14處于沖壓板12下方。折疊工具15可通過該導輪架14定位。
[0040]此外，包裝裝置I包括供給單元16。通過該供給單元16將下料19(參見圖7)輸送到成型單元11中。
[0041]供給單元16包括潤濕裝置17。通過該潤濕裝置17對接合部位21(參見圖6)進行潤濕。
[0042]此外，圖5示出構造為盒子的完成包裝18。該包裝18在圖6中詳細示出。根據(jù)圖6，包裝18在它的邊上具有接合部位21。該接合部位21通過超聲觸頭2和鐵砧3接合。
[0043]圖7示出下料19，包裝18在成型單元11中由該下料成型。下料19由紙質材料5構成，例如波紋厚紙板。在下料19上設置多個接片20。通過成型單元11和折疊工具15使該接片20搭接，從而產(chǎn)生接合部位21。
[0044]圖8在多個示圖中示出由折疊工具15實施的折疊過程。此處出于概要性隱去了成型單元11的沖壓板12。如圖8所示，首先在每個接合部位21上翻折第一個接片20。接著翻折第二個接片20，使得兩個接片20搭接并因此產(chǎn)生接合部位21。接片20的折疊及翻折通過折疊工具15上的成型凸肩22及板材23實現(xiàn)。
[0045]圖9示出圖5的詳細示圖。由圖9看出，至少一個鐵站3處于沖壓板12上。該鐵站3通過短行程缸24運動。該短行程缸24同樣位于沖壓板12上。在根據(jù)圖2的示意性簡化視圖中，該短行程缸24僅作為缸桿8顯示。
[0046]超聲觸頭2位于包裝18外部。此外，設置壓緊裝置26。該壓緊裝置26通過超聲觸頭保持架25壓向超聲觸頭2。該超聲觸頭保持架25的運動通過助力器27及轉換器28實現(xiàn)。超聲觸頭2和鐵砧3通過短行程缸24和超聲觸頭保持架25可以相互地相向運動。包裝18的接合部位21處于超聲觸頭2和鐵砧3之間。由此，短行程缸24和超聲觸頭保持架25的運動產(chǎn)生沿接合力方向6的接合力。在該示出實施例中，接合力方向6水平取向。為了接合部位21的接合，超聲觸頭2沿著顯示的振動方向7、即垂直于接合力方向6被置于振動中。
[0047]也可替代地設置為，為了超聲波縱向焊接，振動方向7與接合力方向6相互平行地取向。
[0048]此外，圖9示出，折疊工具15和具有超聲觸頭保持架25的超聲觸頭2集成在一個工具中。
【主權項】
1.用于制造由紙質材料(5)，尤其是紙張、紙板或厚紙板，構成的包裝(18)的方法，包括以下步驟: -用由紙質材料(5)構成的下料(19)成型包裝(18)，其中，所述紙質材料在至少一個接合部位(21)上搭接， -將所述至少一個接合部位(21)定位在超聲觸頭(2)和鐵砧(3)之間， -以接合力沿著接合力方向(6)加載所述接合部位(21)，并且 -將所述超聲觸頭(2)置于超聲波振動中，以便對所述紙質材料(5)在所述接合部位(21)上進行超聲波焊接，其特征在于，在所述包裝(18)成型前和/或所述包裝(18)成型過程中和/或所述包裝(18)成型后和/或所述超聲波焊接過程中，對所述紙質材料(5)優(yōu)選在接合部位(21)的內(nèi)側進行潤濕。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，實施超聲波摩擦焊接，其中，所述接合力方向(6)不平行于所述超聲波振動的振動方向(7)。3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述接合力方向(6)垂直于所述振動方向(7)，最大偏差+/-10°。4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，實施超聲波縱向焊接，其中，所述接合力方向(6)平行于所述超聲波粘接的振動方向(7)。5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述超聲觸頭(2)的超聲波振動頻率處于20到40kHz之間，優(yōu)選處于30到35kHz之間。6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，為了所述紙質材料(5)的超聲波焊接，不使用使用粘接劑、熱塑性塑料和優(yōu)選不使用印刷油墨。7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，對于多個相互間隔開的接合部位(21)使用一個共同的鐵砧(3)和/或一個共同的超聲觸頭(2)。8.用于制造由紙質材料(5)，尤其是紙張、紙板或厚紙板，構成的包裝(18)的包裝裝置(I)，包括: -優(yōu)選構造為深拉單元的成型單元(11)，用于用由紙質材料(5)構成的下料(19)成型包裝(18)，其中，所述紙質材料(5)在至少一個接合部位(21)上搭接， -至少一個能夠被置于超聲波振動中的超聲觸頭(2)，用于對所述紙質材料(5)在所述接合部位(21)上進行超聲波焊接， -至少一個鐵砧(3)， -其中，在所述至少一個接合部位(21)上，在所述超聲觸頭(2)和所述鐵砧(3)之間通過所述超聲觸頭(2)和/或所述鐵砧(3)的加載將接合力沿接合力方向(6)作用到所述紙質材料(5)上，其特征在于，在所述包裝(18)成型前和/或所述包裝(18)成型過程中和/或所述包裝(18)成型后和/或在所述超聲波焊接過程中借助潤濕裝置(7)對所述紙質材料(5)優(yōu)選在接合部位(21)的內(nèi)側進行潤濕。9.根據(jù)權利要求8所述的包裝裝置，其特征在于，成型單元(11)包括用于包裝(18)成型的可移動的沖壓板(12)，其中，在所述沖壓板(12)上布置有至少一個鐵砧(3)或至少一個超聲觸頭(2)。10.根據(jù)權利要求8或9所述的包裝裝置，其特征在于，設置有用于將下料(19)供給到所述成型單元(11)的供給單元(16)，其中，所述供給單元(16)包括在供給期間潤濕所述接合部位(21)的潤濕裝置(17)。11.根據(jù)權利要求8至10中任一項所述的包裝裝置，其特征在于，設置有折疊工具(15)用于在所述接合部位(21)上使所述紙質材料(5)搭接，其中，至少一個超聲觸頭(2)或至少一個鐵砧(3)集成到所述折疊工具(15)中。
【文檔編號】B65B5/02GK106029356SQ201480067906
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年12月2日
【發(fā)明人】U·維杜威爾特, B·費英格, R·楚達伊, A·貝希勒
【申請人】羅伯特·博世有限公司