DE2361829B2

DE2361829B2 - Vorrichtung zum ultraschallschweissen von bahnen

Info

Publication number: DE2361829B2
Application number: DE19732361829
Authority: DE
Inventors: Edgar C Williamstown Mass. Rust jun. (V-StA.)
Original assignee: Crompton & Knowles Corp., New York, N.Y. (V.StA.)
Priority date: 1972-12-20
Filing date: 1973-12-10
Publication date: 1977-04-07
Also published as: JPS551906B2; US3844869A; GB1434976A; IT990192B; DE2361829A1; CH563856A5; FR2211335A1; JPS4999372A; FR2211335B1; BR7307076D0

Description

F i g. 3 in vergrößertem Maßstab einen horizontalen Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 1,

F i g. 4 eine erste Abwandlung, wobei die abwandelnde Kraft durch die Gegenhalterwai :e ausgeübt wird,

Fig.5 einen horizontalen Schnitt entlang der Linie 5-5 in F i g. 4,

F i g. 6 eine zweite Abwandlung mit einer Variante der die Kraft ändernden Einrichtung und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einsr weiteren Abwandlung, bei der die Übertragung der Energie elektrisch abgeändert wird.

Die Ultraschall-Schweißvorrichiung ist in F i g. 1 bis 3 allgemein mil 10 bezeichnet und hat senkrechte Gestellteile 12 zum Abstützen horizontaler Gesteliteile 14, 15, 16 und 17. Eine Walze 18 ist auf einer Welle 19 angebracht zwecks Drehung innerhalb der Gestellteile 16. Sie wird in Drehung versetzt durch bekannte, nicht dargestellte Mittel innerhalb eines Gehäuses 20. Aus der Oberfläche der Walze 18 erhebt sich eine Vielzahl von Vorsprüngen oder Gegenhaltern 22, die äußere Oberflächen 23 haben. Diese Flächen wirken mit der A'beitsfläche 24 eines Ultraschalischwingungsiibertragers oder Resonators 26 zusammen, der direkt über der Walze angebracht ist. Die zu verbindenden Bahnen sind mit 25 und 27 bezeichnet und werden zwischen Walze 18 und Resonator 26 mit Hilfe von Zufuhrwalzen 28 und 30 aus einer nicht dargestellten Vorratsquelle abgezogen, die in zeitlicher Beziehung zu Walze 18 angetrieben werden.

Die Gegenhalier 22 sind auf der Walze 18 in einem Muster aufgebracht (Fig. 2). Wenn die Walze 18 sich dreht und die Bahnen 25 und 27 in Richtung des Pfeils 32 vorwär'.sbewegi werden, arbeiten die Fläche 23 mit der Fläche 24 des Resonators 26 zusammen, so daß Schweißpunkte im gleichen Muster wie auf der Walze und die Bahnen miteinander zu einem Endprodukt 34 verbunden werden. Das besondere Muster der Gegenhalter, das in F i g. 2 auf Walze 18 gezeigt wird, ist nur ein Beispiel für viele mögliche Muster, wobei es Änderungen der Gegenhalterdichte entlang den Linien gibt, die sich über die Oberfläche der Walze und parallel zu ihrer Drehachse erstrecken. Beispielsweise befinden sich mehr Gegenhalter entlang der strichpunktierten Linie 36 als entlang der strichpunktierten Linie 38 in Fig. 2. In Bereichen mit einer größeren Gegenhalterdichte ist daher auch ein größerer Berührungsflächenbereich zwischen den Gegenhakern und Oberfläche 24 vorhanden.

Die Einrichtung zur Modifizierung der Gesamtenergie, die auf die Bahnen 25 und 27 zwischen den Flächen 23 und 24 übertragen wird, ist allgemein mit 40 bezeichnet und hat Fluiddruckbe'ätiger 41. Der Resonator 26 ist mit einem elektroakustischen Ultraschallwandler oder Umwandler 42 verbunden, der sich von einem Elektrogehäuse 44 aus erstreckt, sich frei durch die Gesteliteile 14 und 15 erstreckt und an einem Gehäuse 48 befestigt ist. Der Umwandler 42 kann z. B. dem in der US-PS 33 28 610 beschriebenen Typ entsprechen. Das Gehäuse 48 ist verschiebbar auf diagonal gelegenen senkrechten Führur.gsstangen 50 angebracht, die zwischen den Gestellteilen 14 und 15 befestigt sind. Die Betätiger 41 umfassen jeweils einen Luftzylinder 52 und einen darin verschiebbaren Kolben. Die Zylinder 52 sind am Teil 14 befestigt, und die Kolben 54 stehen in Eingriff mit den oberen Ecken des Gehäuses 48, an denen nicht die Führungsst.mgcn 50 angebracht sind (F i g. 3).

Die Zylinder 52 werden mit Luft aus einer nicht

dargestellten Druckluftquelle u.Tter Druck gehalten. Druckluft aus dieser Quelle wird durch eine Leitung 56 zu einer Anschlußstelle 58 und dann durch eine Lei-ung 60 zu einer weiteren Anschlußstelle 62 geleitet, die den Luftstrom in zwei Zweigleitungen 64 verteilt, die mit den Zylindern 52 verbunden sind.

Eine Luftleitung 66 ist ebenfalls mit der Anschlußsteile 58 sowie mit einem am Gestellten 17 befindlichen Ventil 68 verbunden. Eine Nockenscheibe 70 ist auf einem sich über das Gestell 12 hinaus erstreckenden Endteil der Welle 19 angebracht. Das Ventil 63 hat einen Kolben 72. der mit der Nockenscheibe 70 in Eingriff steht. Deren Stellung steuert die Luftmenge, die von der Anschlußstelle 58 abgezapft wird. Das Abzapfverhältnis aus der Anschlußstelle 58 beeinflußt den Luftdruck zu den Zylindern 52 und damit die Energiemenge, die von den Kolben 54 auf das Teil 26 ausgeübt wird. Die Nockenscheibe 70 hat erhabene Bereiche 74 und versenkte Bereiche 76, die in Wechselbeziehung mit der Gegenhalterdichte auf der Walze 18 treten sollen. Wenn ein Bereich geringer Gegenhalterdichte mit der Oberfläche 24 des Resonators 26 fluchtet, wird der Kolben 72 mit einem erhabenen Teil 74 der Nockenscheibe 70 in Eingriff stehen, so daß ein größtmöglicher Luftzusirom aus dem Ventil 68 stattfindet und die durch den Resonator 26 auf die Bahnen 25 und 27 ausgeübte Kraft verringert wird. Dadurch wird ebenfalls die Energiemenge verringert, die vom Resonator auf die Bahnen übertragen wird. Wenn ein Bereich großer Gegenhalterdichte mit der Fläche 24 des Resonators fluchtet, ■· ird der Kolben 72 mit einem versenkter, Teil 76 der Nockenscheibe 70 in Eingriff kommen, so daß ein möglichst geringer Luftzustrom aus dem Ventil 68 strömt. Dadurch wird die Kraft verstärkt, die vom Resonator 26 gegen die Folien 25 und 27 ausgeübt wird, und die vom Resonator auf die Bahnen ausgeübte Energiemenge wird erhöht. Der Oberflächenbereich der Nockenscheibe 70 zwischen extrem hohen und extrem niedrigen Teilen soll das Ventil 68 so bewegen, daß die vom Resonator 26 auf die Bahnen übertragene Energie proportional zur Gegenhalterdichte derjenigen Teile der Walze 18 ist, die zwischen den hohen und niedriger Dichtebereichen liegen, die durch die strichpunktierten Linien 36 und 37 angedeutet sind.

Für manche Muster wird ein Modulatorventi! möglicherweise nicht benötigt; in diesen Fällen kann es ausreichend sein, ein »Ein-Aus-Ventil« in Verbindung mit einer Nockenscheibe zu verwenden, die das Venti nur dann zu einem Luftzustrom veranlaßt, wenn die Gegenhalterdichte unter einen vorherbestimmten Wer absinkt, damit der Druck in dem Fluiddruckbetätiger 41 verringert wird.

Wenn gewünscht, kann das oben beschrieben* pneumatische System ei setzt werden durch eines, da: ein Druckregelventi! verwendet, das zwischen de Druckluftquelle und den Betätigern 41 liegt und da: direkt von der Nockenscheibe 70 aus durch einen Stöße oder Kolben, der Teil des Regelventil ist, gesteuer wei den kann.

F i g. 4 zeigt eine Abwandlung, bei der ein Schwin gungsübertrager oder ein Resonator 26 von einen Umwandler oder Wandler 42' gehalten wird, der ai einem (iestclltcil 14' angebracht ist und gegei senkrechte Bewegung festgehalten wird. Eine Muster walze 18' ist für eine Bewegung hin zu und v. eg vo einem Schwingungsübertrager 26 angebracht. Di Walze 18' ist auf einer Welle 19' angebracht, die voi .'.wei Armen 78 drehbar auf einer /wischen /we

Gestellteilen 12' angebrachten Welle 80 gehalten wird. Die Welle 80 wird vom Gehäuse 20' aus durch nicht dargestellte, an sich bekannte Antriebsmittel angetrieben. Die Welle 19' wird mit Hilfe eines Kettenzahnradantriebs 82 von der Welle 80 angetrieben. Eine Nockenscheibe 70' ist an der Welle 19' angebracht und steht in Eingriff mit einem Kolben 72' des Modulatorventils 68'. Nockenscheibe 70' und Ventil 68' steuern den Druck in zwei Druckbetätigern 41' durch nicht dargestellte Luftleitungen in gleicher Weise wie die Betätiger 41 von der Nockenscheibe 70 und dem Ventil 68 gesteuert werden. Die Betätiger 41' haben Kolben 54', die innerhalb von Zylindern 52' gleiten. Die Betätiger 41' stehen mit den unteren Seiten der Arme 78 in Eingriff und drücken die Gegenhalter 22' auf der Walze 18' gegen die zu verbindenden Bahnen gegenüber dem Schwingungsübertrager 26'. Die Nokkenscheibe 70' hat erhabene Teile 74' und versenkte Teile 76', die in Wechselbeziehung mit dem Gegenhalter-Dichtemuster auf der Walze 18' stehen, so daß der Druck in den Zylindern 52' mit sich vergrößernder Gegenhalterdichte steigt und mit niedrigerer Gegenhalterdichte fällt.

Anstelle des beschriebenen pneumatischen Systems kann auch ein hydrauiisches System verwendet werden. Die Kraft, die entweder auf den Resonator oder auf die Gegenhalterrolle ausgeübt wird, kann durch mechanische Mittel unmittelbar von einer Nockenscheibe aus verändert werden, die an der Gegenhalterwelle angebracht ist, wie z. B. in Fig.6 dargestellt. In Fig. 6 wird ein Schwingungsübertrager oder Resonator 26" von einem Umwandler 42" gehalten, der wie bei der Ausführungsform in Fig.4 und 5 gegen senkrechte Verschiebung festgehalten wird. Eine Gegenhalterwalze 18" ist auf einer Welle 19" angebracht, die zwischen zwei Armen 78" drehbar auf einer Welle 80" gelagert ist, die sich zwischen Gestellteilen 12" erstreckt. Die Welle 19" wird von der Welle 80" in gleicher Weise wie Welle 19' bei der Ausführungsform in Fig.4 und 5 angetrieben.

Eine Nockenscheibe 70", die der Nockenscheibe 70' entspricht, ist auf der Welle 19" angebracht und steht in Eingriff mit einem Stöße! 84, der mit einem Kolben 86 gleitend in einem Gehäuse 88 angebracht ist. Eine starke Feder 90 wirkt s;uf den Kolben 86 ein, um den Stößel 84 gegen die Nockenscheibe 70" zu drücken, und zwingt Gegenhalter 22" gegen die Bahnen 25" und 27" gegenüber dem Resonator 26". Die Nockenscheibe 79" hat erhabene Bereiche 74" und versenkte Bereiche 76", die so geschaffen sind, daß die erhabenen Bereiche 74" die Feder 90 herabdrücken und dadurch die Kraft

erhöhen, die die Gegenhalter gegen die Bahnen 25" und 27" drücken. Die versenkten Bereiche 76" gestatten es der Feder 90, sich auszudehnen oder zu »entspannen«, wodurch die Kraft der Gegenhalter gegen die Bahnen verringert wird, wenn die Gegenhalterdichte gering ist.

F i g. 7 zeigt eine weitere Abwandlung, wobei die auf die thermoplastischen Folien übertragene Energiemenge elektrisch gesteuert wird. Die zu schweißenden Bahnen 92 und 93 werden zwischen einem Resonator 94 und Gegenhaltern 96 hindurchgeführt, die auf einer sich drehenden Walze 98 angebracht sind. Die Gegenhalter % sind auf der Oberfläche der Walze 98 in einem Muster ähnlich wie auf der Walze 18 angebracht, und die Walze 98 wird in zeitlicher Abstimmung mit der nicht dargestellten Einrichtung zum Zuführen der Bahnen 92 und 93 angetrieben. Der Resonator 94 hat eine Arbeitsfläche 100, die mit gegenüberliegenden Flächen 102 der Gegenhalter 96 zusammenarbeitet und Schweißstellen in den Bahnen 92 und 93 herstellt, wenn *> die Bahnen zwischen den Flächen hindurchgeführt werden, um so das bei 104 angedeutete Endprodukt zu schaffen. Der Resonator 94 ist mit einem Wandler 106 verbunden, der seinerseits mit einem elektrischen Steuerkreis 108 verbunden ist. Der Wandler 106 sorgt für mechanische Ausgangsenergie in Reaktion auf die angewandte hochfrequente elektrische Endenergie. Die Energiemenge, die vom Resonator 94 auf die Bahnen ausgeübt wird, wird durch eine Veränderung der Geschwindigkeit des Resonators verändert Diese Geschwindigkeit kann elektrisch gesteuert werden indem die Eingangsspannung zum Kreis 108 verändert wird. Geeignete Spannungskreise für diesen Zweck sind bereits in den US-PS 34 43 130 und 36 66 599 beschrieben.

Die Spannung zum Kreis 108 kann durch einen einstellbaren Transformator 110 gesteuert werden der zwischen Kreis 108 und eine Kraftquelle 112 eingeschaltet ist. Der Transformator 110 hat einen beweglichen Abnehmer 114, dessen Stellung die Spannung bestimmt die an den Kreis 108 abgegeben wird. Der Abnehmer 14 ,st mit einem Stößel 116 verbunden, der mit einer Nockenscheibe 118 in Eingriff steht, die mit der Walze rotiert. Die Nockenscheibe 118 hat erhabene Bereiche 120 und versenkte Bereiche 122, die in Wechselbeziehung mit der Gegenhalterdichte auf der Walze 98 stehen. Wenn die Gegenhalterdichte geringer wird wird der Abnehmer 114 in eine erste Richtung geschoben, die die Spannung zum Kreis 108 verringert und wenn die Gegenhalterdichte größer wird, wird die so Zapfstelle 114 in eine zweite Richtung verschoben, so daß die Spannung zum Kreis 108 erhöh wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von Bahnen, von denen mindestens eine ein thermoplastisches Material enthäit, in vorbestimmten Mustern mit einem elektroakustischen Wandler, mit dem ein mit einer Arbeitsfläche versehener Resonator verbunden ist, wobei ein profilierter Gegenhalter mit der Arbeitsfläche gegenüberliegenden und mit ₎₀ ihr zusammenwirkenden Oberflächen vorgesehen ist, um durch der. Resonator Energie auf die Bahnen zu übertragen zwecks Erzeugung von Schweißstellen in denjenigen Teilen der Bahnen, die zwischen sich und der Stirnfläche des Resonators einen Spalt begrenzen, in den die zu verschweißenden Bahnen mittels einer Vorschubeinrichtung transportierbar sind, und mit einem Steuerkreis zum Steuern der Geschwindigkeit des Resonators, dadurch gekennzeichnet, daß der profilierte Gegenhalter (22 bzw. 96) einen sich entsprechend den vorbestimmten Mustern verändernden Gesamtflächenbereich aufweist, daß der mit einer elektrischen Energiequelle (112) verbundene Steuerkreis (108) als Einrichtung zum Verändern des vom Resonator (26 bzw. 94) auf die Bahnen (25, 27 bzw. 92, 93) zu übertragenden Gesamtenergiebetrages in Abhängigkeit von dem jeweiligen Gesamtflächenbereich der Gegenhalter (22 bzw. 96) ausgebildet ist, wobei die Veränderungsrichtung mit dem Wandler (42 bzw. 106) zum Betreiben des Wandlers verbunden ist, daß eine wirkungsmäßig mit der Veränderungseinrichtung verbundene Steuereinrichtung (70, 72 bzw. 118, 116) vorgesehen ist und daß die Steuereinrichtung eine Einrichtung (114) zum Steuern eines auf den Wandler (106) einwirkenden Signals aufweist, das den Resonator dazu veranlaßt, in einer entsprechend von dem Gesamtflächenbereich der Gegenhalter abhängenden Geschwindigkeit zu schwingen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen einstellbaren Transformator (110) mit einem beweglichen Abnehmer (114), der das auf den Wandler (106) wirkende Signal verändern kann, sowie eine Nockenscheibe (118) zum Bewegen des Abnehmers (114) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderungseinrichtung (40) mit einem Fluid-Druckbetätiger (41) versehen ist, der den Resonator (26) gegen die Gegenhalter so (22) drückt und daß die Steuereinrichtung (70, 72) eine Einrichtung (68) zur Veränderung des Druckes des Betätigers aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (70, 72) mit einem Drucksteuerventil (68), das wirkungsgemäß mit dem Betätiger (41) verbunden ist, sowie mit einer Nockenscheibe (70) zum Betätigen des Steuerventils versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (70, 72) zum Steuern der Veränderungseinrichtung (40) derart einwirkt, daß die vom Resonator (26) auf die Bahnen (25, 27) übertragene Energie zu einem Betrag erfolgt, der proportional zum Gesamtfiächenbereich der gegenüberliegenden Flächen (23) ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ultra schallschweißen von Bahnen, von denen mindesten eine ein thermoplastisches Material enthäit in vorbe stimmten Mustern, mit einem elektroakustischen Wand ler, mit dem ein mit einer Arbeitsfläche versehene Resonator verbunden ist, wobei ein profilierter Gegen halter mit der Arbeitsfläche gegenüberliegenden um mit ihr zusammenwirkenden Oberflächen vorgesehei ist, um durch den Resonator Energie auf die Bahnen zi übertragen zwecks Erzeugung von Schweißstellen ii denjenigen Teilen der Bahnen, die zwischen sich und des Stirnfläche des Resonators einen Spalt begrenzen, ir den die zu verschweißenden Bahnen mittels einei Vorschubeinrichtung transportierbar sind, und mi einem Steuerkreis zum Steuern der Geschwindigkei des Resonators.

Es ist eine Vorrichtung zum Ultraschallschweißer bekannt, bei der es sich um eine Ultraschallvorricbtun^ nach Art einer Nähmaschine handelt, und zwar zum Herstellen von Säumen und Nähten (DT-OS 21 58 565) Bei dieser bekannten Vorrichtung werden die zu bearbeitenden Werkstücke im wesentlichen mittels einor gerade verlaufenden Schweißnaht zusammengenäht, und es ist nicht möglich, die Bahnen in ihrer vollen Breite mit ineinanderübergehenden ununterbrochener musterartigen Schweißlinien zusammenzunähen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ultraschallschweißen der in Frage stehenden Art zu schaffen, die gleichmäßige Ultraschallschweißungen von ganzen Bahnen aus thermoplastischem Material für Gegenhaliormuster mit unterschiedlichen Gegenhalterdichten gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der profilierte Gegenhalter einen sich entsprechend den vorbestimmten Mustern verändernden Gesamtflächenbereich aufweist, daß der mit einer elektrischen Energiequelle verbundene Steuerkreis als Einrichtung zum Verändern des vom Resonator auf die Bahnen zu übertragenden Gesamtenergiebetrages in Abhängigkeit von dem jeweiligen Gesamtflächenbereich der Gegenhalter ausgebildet ist, wobei die Veränderungseinrichtung mit dem Wandler zum Betreiben des Wandlers verbunden ist, daß eine wirkungsmäßig mit der Veränderungseinrichtung verbundene Steuereinrichtung vorgesehen ist und daß die Steuereinrichtung eine Einrichtung zum Steuern eines auf den Wandler einwirkenden Signals aufweist, das den Resonator dazu veranlaßt, in einer entsprechend von dem Gesamtflächenbereich der Gegenhalter abhängenden Geschwindigkeit zu schwingen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die proportional /ur Gegenhalterdichte auf die Bahnen zu übertragende Energiemenge des Resonators eine Vielzahl von mit den unterschiedlichsten Gegenhalterflächendichten für das Zusammenschweißen von ganzen Bahnen verwendet werden können, und zwar bei Aufrechterhaltung einer vollständig gleichmäßigen Schweißung in den Bahnen.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine Seitenansicht einer Ultraschall-Schweißvorrichtung,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt entlang der Linie 2-2in Fig. 1,