DE1804988B2 - Vorrichtung zum ultraschallschweissen von thermoplatisches material enthaltenden teilen - Google Patents

Vorrichtung zum ultraschallschweissen von thermoplatisches material enthaltenden teilen

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DE1804988B2
DE1804988B2 DE19681804988 DE1804988A DE1804988B2 DE 1804988 B2 DE1804988 B2 DE 1804988B2 DE 19681804988 DE19681804988 DE 19681804988 DE 1804988 A DE1804988 A DE 1804988A DE 1804988 B2 DE1804988 B2 DE 1804988B2
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Description

Ultraschnllschwingungen versetzbarcs Werkzeug mit Bei der Erfindung kann eine Sonotrode 10 einer abgerundetem langgestrecktem Scheitel unter einem ganzen Anzahl verschiedener Typen Anwendung Winkel zu den Kanten des Films übei die Lochkarte finden. Bei dem Ausführungsbeispiel weist die zu führen. Dabei wird der Rand der durch den Film Sonotrode 10 einen Kopf 13 auf, der mittels einer abzudeckenden Öffnung in der Lochkarte zunächst s oder mehrerer Übertragereinheiten 14 in Ultraschallunter sehr hohem Druck so weit zusammengedrückt, schwingungen versetzt wird, die an den Kopf 13 daß der Film bündig mit der einen Oberfläche der durch Stangen 16 gekoppelt sind. Die spezielle Lochkarte liegt, und dann durch Erweichen der Formgebung des Schwingungskopfes 13 kann auf die Filmränder eine Verbindung zwischen dem Film und miteinander zu verbindenden Materialien zugeder Lochkarte geschaffen. Ein Verschweißen findet io schnitten sein. Die Sonotrode ist in einem nicht darbei diesem Vorgang nicht statt. gestellten Halter montiert, der vorzugsweise geeignete
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vor- Justiermittel besitzt, um die Sonotrode relativ zum richtung nach der Erfindung ist eine Vielzahl von Werkstück richtig anzuordnen, und der die Sonotrode Oberflächenmustern auf einem endlosen Förderer und das Werkstück mit einer vorbestimmten Kratt angeordnet, der die Oberflächenmuster, zweckmäßig 15 im Eingriff mit der Gegenfläche hält, wiederholt, der Reihe nach in Arbeitsstellung gegen- Die miteinander zu verschweißenden Materialien,
über der Sonotrode bringt. Die Oberflächenmuster speziell die Gewebe, aus denen die Hemdenköniv.-n dabei unmittelbar an der Gegenfläche aus- manschettenhülsen hergestellt werden, werden in gebildet sein. Bahnform angeliefert, wie es durch die Bezugs-
Um einen den Eintritt und Durchgang der zu ver- 20 zeichen Wl und W 2 in den Zeichnungen angedeutet schweißenden Teile zwischen der Sonotrode und der ist. Die Bahnen kommen von Vorratsrolle 18 bzw. Gegenfläche erleichternden Spalt zu schaffen, ist es 20 und werden durch den Raum zwischen der zweckmäßig, dem Arbeitskopf der Sonotrode eine Sonotrode 10 und den Gegenflächen 12 in geeigneter sekundäre Schwingungsbewegung aufzuprägen, die Weise hindurchgeführt. In der in F i g. 1 dargestellten wesentlich geringere Energie, aber eine wesentlich 25 Ausführungsform ist eine endlose Reihe von Widergrößere Amplitude als die Ultraschallschwingung lagern mit Gegenflächen 12 vorgesehen, die von hat. Auch ist es für den Durchgang des zu ver- einem endlosen Förderer 22 getragen werden, der schweißenden Materials von Vorteil, wenn die beispielsweise die Gestalt eines Kettenpaares haben Flächen am Scheitel der Sonotrode und an der Ober- kann, an dem die beiden Enden der verschiedenen seite der Oberflächenmuster in Bewegungsrichtung 30 Widerlager gelenkig gehalten sind, wobei die Widerder m schweißenden Teile konvergieren. lager die Ketten spreizen. Wenn die Widerlager die
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schema- obere Traverse in der durch die Pfeile angezeigten tischer Zeichnungen an mehreren Ausführungs- Richtung kreuzen, gelangen sie über ein in geeigneter beispieln näher erläutert. Es zeigt Weise fixiertes Auflager 24, das die Andruckkratt
F i g. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform 35 zwischen dem Schwingungskopf 13 und der Widereiner Vorrichtung gemäß der Erfindung, die Teil lagerfläche aufnimmt.
einer Maschine zum Herstellen von Artikeln aus Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist jede
Kunststoffolie, Textilmaterial oder anderem Band- Gegenfläche 12 durch eine Platte 12 α gebildet, die material ist, mit einem sich nach oben erstreckenden Flansch 12 b
F i g. 2 eine Abbildung eines Schwingungswerk- 40 versehen ist. Dieser Flansch 12 b besitzt eine Oberzeuges und von Widerlagern, die in der in Fig. 1 fläche in Gestalt eines schmalen Bandes, welches gezeigten Vorrichtung verwendbar sind, das Muster für die zu bildende Schweißnaht zwischen
F i g. 3 einen stirnseitigen Schnitt durch Segmente den zwei Gewebebahnen W1 und W 1 bildet. Der des Werkzeuges und des Widerlagers von Fig. 2 in Flansch 12 b umschließt im wesentlichen ein Rechtgrößerem Maßstab, 45 eck, wenn man von abgerundeten Kanten absieht, Fig. 4 einen stirnseitigen Schnitt durch eine ab- welche die Enden der Manschette bilden Zusatzlich gewandelte Ausführungsform, wobei das Haupt- zu den Säumen, welche den Rand der Manschette merkmal die Anordnung einer Trommel ist, welche definieren und den Heftungen entsprechen, die man die das Schweißnahtmuster bildenden Widerlager normalerweise bei Hemdenmanschetten ündet weist trägt 50 die Gegenfläche 12 jedes musterbildenden Wider-Fi'g.5 eine Seitenansicht einer Ausführungsform, lagers einen Vorsprung 12 ν auf, der so angeordnet welche sich zum Verschweißen von Deckeln an Be- ist, daß er einen Saum um das Knopfloch bildet und hältern eignet, und den Rand des Knopfloches verstärkt, nachdem es
Fig 6 A und 6B zeigen eine Ausführungsform, durch den Saumabschnitt emgeschlitzt ist. bei der eine überlagerte Schwingungsbewegung mit 55 Die Reihe der Widerlager mit den Gegennacnen Li niedriger Frequenz und hoher Amplitude zwischen und die Bahnen Wl und W 2 werden gemeinsam Werkzeug und Widerlager vorgesehen ist, wobei die unter die Sonotrode 10 bewegt Im verlaut inres beiden Figuren die Vorrichtung in verschiedenen Vorbeigleitens am Arbeitsscheitel Ii α des Aroeits-Phasen des Arbeitszyklus zeigen. kopfes 13 werden die Bahnen Wl und Wl unter
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungs- 60 den Einfluß erstens eines sflsch™Vmcteszmform dient zum Verbinden von Bandmaterial und bei sehen dem Schwingungskopf und den erhabenen dem dargestellten Beispiel zum Herstellen von Musterflächen des Musterstrexfens 12,& des Wider Hemdmanschetten im kontinuierlichen Verfahren. Sie lagers und zweitens ^™*™*^™^ au besteht aus einer mit Ultraschall schwingenden Arbeitskopfes 13 gebracht. Die Kombination aus Sonotrodeio und einer Gegenfläche 12. Diese sind 65 statischem,Druck uncί ^^»^«^ so angeordnet, daß sie zwei Materialstücke mit einer auf die Bahnen Wl und W 2 wirkt bangt die vorbestimmten Kraft aneinanderpressen, wie es noch thermoplastischen Matenahen inden Bahnen Wl im einzelnen weiter unten beschrieben wird. und Wl zum Schmelzen an den unter DrucK
einwirkung stehenden Kontaktstellen und veranlaßt sie dazu, entweder miteinander zu verschmelzen, wenn die in Kontakt gebrachten Materialien beide Thermoplaste sind, oder bewirkt, daß das thermoplastische Material des einen der zu verbindenden Materialien in die porösen Strukturen des anderen Materials oder anderer Materialien einfließt.
Auf diese Weise wird ein Schmelzband bzw. Schweißsaum zwischen den zwei Bahnen längs der Musterfläche gebildet, welche von den Flanschen und Vorsprüngen der verschiedenen Gegenflächen 12 geformt ist. Die Ausbildung der Naht beginnt progressiv am vorderen Rand des Musters und entwickelt sich längs der Musterfläche, während die Gegenflächen 12 und die Bahnen W1 und W 2 die Sonotrode 10 passieren. Wie im einzelnen in Fig. 3 dargestellt ist, wird der sanfte Durchgang der Bahnen Wl und W 2 an dem Arbeitsscheitel 13 a des Schwingungswerkzeugkopfes 13 dadurch erleichtert, daß der Scheitel des Schweißkopfes in Bewegungsrichtung der Bahnen Wl und Wl etwas abgeschrägt ist, um einen konvergierenden Raum zu schaffen, wie er durch den Winkel A angezeigt ist. Der Eintritt und der Durchgang der Materialien zwischen Werkzeug und Widerlagern können weiterhin dadurch erleichtert werden, daß eine niederfrequente Schwingung hoher Amplitude entweder auf das Werkzeug oder die Widerlager aufprägt, wie es weiter unten noch beschrieben wird.
Wie aus Fig. 2 erkennbar, sind die das Muster bildenden Rippen oder ihre Äquivalente relativ zum Arbeitsscheitel der Sonotrode so orientiert, daß zu jeder Zeit der Überdeckungsbereich zwischen dem Arbeitsscheitel der Sonotrode und dem Oberflächenmuster klein ist. Auf diese Weise kann die erforderliehe Energie zum Betreiben des Schallgebers 13 gering gehalten werden. Beispielsweise kann man im Falle des Kemdmanschettenmusters an den Widerlagern mit den Gegenflächen 12 die Achse des Musterflansches 12 b leicht gegenüber der Basis 12 a neigen, so daß ihre längeren Kanten unter einem Winkel zur Längsdimension des Arbeitsscheitels des Arbeitskopfes 13 liegen. In diesem Falle werden die geraden Teile des Musters nacheinander miteinander verschweißt, anstatt daß die Schweißnähte auf ihrer ganzen Länge gleichzeitig gebildet werden, wie es dann der Fall wäre, wenn der Scheitel des Arbeitskopfes parallel zu den Verbindungsnähten gerichtet wäre.
Beim Verlassen der Schweißstation sind ein den so Umriß oder den Rand einer Hemdmanschette bildender Saum 5 und eine als Verstärkung des Knopfloches dienende Naht H durch Schmelzen des thermoplastischen Anteils der Gewebe und Miteinanderverschmelzen oder Durchdringung der geschmolzenen Materialien so gebildet, daß nach Wiederverfestigung feste Verbindungen zwischen den Geweben gebildet sind.
In der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung gelangen die Bahnen W1 und W 2 mit den Säumen 5, welche die Ränder der dann gebildeten Manschetten definieren, von der Schweißstation zu einer Abscherstation, wo ein senkrecht geführter Abscherkopf 30 unter zeitlicher Abstimmung auf die Bewegung des Förderbandes die Hemdmanschette von den beiden Bahnen abtrennt. Der Abscher- oder Schneidkopf kann beispielsweise eine Klinge enthalten, die so ausgebildet ist, daß sie mit dem äußeren Rand des Musterflansches 12 & zusammenwirkt. Während das Abfallstück der Bahnen W1 und W 2 den Förderer verläßt, wird die Hemdmanschette normalerweise auf den das Muster bilden Gegenflächen 12 verbleiben und von diesen weiterbefördert und dann in einem geeigneten Gefäß 35 abgelegt. Für den Fall, daß die Manschette nicht ohne weiteres von den Abfallstücken der Bahnen freikommt, ist eine Vibrationsvorrichtung 32 zum Abschütteln der Manschette vorgesehen. Der Abfall kann dann von einem Haspel 34 aufgenommen und nach Bedarf periodisch entfernt werden.
F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hier sind die das Muster bildenden Gegenflächen 12 auf einem Rotationszylinder oder einer Trommel 50 angebracht, die eine Reihe von das Muster bildenden Flanschen 52 aufweist, welche den Flanschen 12 b bei der Ausführung nach F i g. 2 entsprechen. Der Arbeitsscheitel 54 α der Sonotrode 54 kann die Trommel tangieren oder in Drehrichtung konisch zulaufen. Wenn der Arbeitsscheitel als Tangente angeordnet ist, ergibt die Krümmung der Trommel einen konvergierenden Raum, welcher den Durchgang der Bahnen durch das Werkzeug erleichtert; eine konische oder geneigte Ausbildung des Arbeitsscheitels ergibt auf Wunsch eine noch größere Konvergenz.
F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der feste Gegenstände O, wie Kunststoffbehälter oder Kästen, die auf einem geeigneten Förderer 122 getragen werden, mit einer Bahn W 3 verschweißt werden, die von einer Vorratsrolle 120 aus zugeführt wird. Der Förderer 122 überstreicht ein Widerlager 124, welches den Arbeitsscheitel 113 α einer Sonotrode 113 gegen die Objekte O und die Bahn W 3 drücken kann, um eine Naht oder Verbindung längs des Randes oder irgendeiner anderen hervorstehenden Fläche auf dem Gegenstand zu bilden. Die Gegenstände zusammen mit der an sie angeschweißten Bahn gelangen zu einer Abscherstation, wo ein Scherwerkzeug 130 den mit dem Gegenstand O verbundenen Teil von der Bahn W 3 abtrennt. Das Abfallmaterial wird auf einen Haspel 134 aufgewickelt, während die fertiggestellten Gegenstände auf einem Schlitten 136 zum Abtransport, Verpacken oder anderweitigem Behandeln abgelegt werden.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist nicht nur dazu geeignet, Blattmaterial an Gegenstände verschiedener Formgebung und aus verschiedenem Material anzuschweißen, sondern kann auch dazu dienen, zwei Gegenstände miteinander zu verbinden, von denen einer oder gar beide eine Oberfläche besitzen, welche das Muster der Schweißnaht definiert. Die Schwingungsenergie wird durch den Gegenstand, der mit der Sonotrode im Eingriff steht, zu der Verbindungsfläche in ganz derselben Weise geleitet, als wenn der Gegenstand ein Blatt aus relativ dünnem Material wäre. Bei einer anderen Ausführungsform des Erfindungsprinzips werden Gegenstände aus relativ flexiblem Material und irregulärer Formgebung in geeigneten Trägern eingebettet, die eine das Schweißmuster bildende Oberfläche sowie Vertiefungen besitzen, die Teilbereiche aufnehmen oder einbetten können.
Auch in Verbindung mit den vorstehenden Ausführungsformen werden die Gegenstände O in bezug auf den Arbeitsscheitel 113 a der Sonotrode so
orientiert, daß zu jeder Zeit nur kurze Segmente des Schweißnahtmusters in schweißnahtbildende Funktion treten.
Die F i g. 6 A und 6 B verdeutlichen eine weitere Abwandlung der Vorrichtung nach der Erfindung. Hierbei wird der primären Ultraschallschwingung des Werkzeuges eine Schwingungsbewegung mit relativ niedriger Frequenz, und zwar etwa 1 bis 1000 Hertz, und hoher Amplitude überlagert, so daß in der Anlage intermittierend ein weiter Spalt zwischen der Sonotrode und den Gegenflächen gebildet und dadurch der Eintritt und der Durchgang der Materialien zwischen diesen Teilen erleichtert werden. Die niederfrequente Schwingungsbewegung kann entweder der Sonotrode oder den Gegenflächen durch einen passenden Mechanismus aufgeprägt werden. In der ganz schematisch in den F i g. 6 A und 6 B dargestellten Weise kann ein rotierender Nocken 200 periodisch das Werkzeug 13 abwärts gegen Rückstellfedern 202 bewegen, wobei die Schwingungsamplitude natürlich von der Nockenabmessung und der durch die Drehgeschwindigkeit gegebenen ίο Frequenz abhängt. Die Frequenz kann variabel gemacht werden, indem man den Nocken mit einem Antrieb mit variabler Antriebsgeschwindigkeit betreibt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
209527/38Q

Claims (6)

die bekannte Vorrichtung komplizierte Sonotroden Patentansprüche: erfordern, die sehr aufwendig sind. Außerdem wäre bei größeren Nahtlängen ein gleichmäßiges Ver-
1. Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von schweißen nicht sichergestellt,
thermoplastisches Material enthaltenden Teilen, 5 Um diese Mängel zu beseitigen und mit einer einwobei eine Sonotrode mit langgestrecktem fachen Sonotrode auch verwickelte Schweißmuster Scheitel und eine Gegenfläche gegeneinander herstellen zu können, ist bei einer Schweißvorrichpreßbar und relativ zueinander bewegbar ange- tung der eingangs angegebenen Art nach der Erordnet sind, dadurch gekennzeichnet, findung vorgesehen, daß die Gegenfläche oder eines daß die Gegenfläche (12; SO) oder eines der zu io der zu verschweißenden Teile ein dem gewünschten verschweißenden TqHq (Wd, O) ein dem ge- Schweißmuster entsprechendes Oberflächenmuster wünschten Schweißmuster entsprechendes Ober- aufweist und daß der Scheitel der Sonotrode und das flächenmuster (12 6 und 12 c; 52; O) aufweist Oberflächenmuster so zueinander orientiert sind, daß und daß der Scheitel der Sonotrode (10; 54) und zu jedem Zeitpunkt der Überdeckungsbereich zwidas Oberflächenmuster (12 b und 12 c; 52; O) so i5 sehen dem Scheitel der Sonotrode und dem Oberzueinander orientiert sind, daß zu jedem Zeit- flächenmuster klein ist.
punkt der Überdeckungsbereich zwischen dem Bei dieser Ausgestaltung der Schweißvorrichtung
Scheitel der Sonotrode und dem Oberflächen- kann die Sonotrode eine einfache, gerade, leicht her-
muster klein ist. stellbare Form erhalten. Das Schweißmuster wird
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ao z.B. durch ebenfalls leicht herstellbare vorstehende kennzeichnet, daß eine Vielzahl von Oberflächen- Ränder oder Flansche auf dem Widerlager gebildet, mustern (12) auf einem endlosen Förderer (22) Der für ein gleichmäßiges Verschweißen erforderangeordnet ist, welcher die Oberflächenmuster liehe gleichmäßige, alle Teile der Schweißnaht er-(12) der Reihe nach in Arbeitsstellung gegenüber fassende Kontakt zwischen der Sonotrode und den der Sonotrode (10) bringt. 25 zu verschweißenden Teilen wird durch den stets
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- geringen Überdeckungsbereich zwischen dem Scheitel kennzeichnet, daß der endlose Förderer (22) die der Sonotrode und dem Oberflächenmuster sicher-Oberflächenmuster (12) wiederholt in Arbeits- gestellt. Wenn die zu verschweißenden Teile, z. B. stellung gegenüber der Sonotrode (10) bringt. durch einen Deckel zu verschließende Behälter,
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 durch ihre Gestalt selbst das Schweißmuster ergeben kennzeichnet, daß die Oberflächenmuster (52) und sie hinreichend fest sind, um den Anpreßdruck unmittelbar an der Gegenfläche (50) ausgebildet der Sonotrode aufzunehmen, so kann der Rand eines sind. derartigen Teils auch selbst als Widerlager mit der
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Gegenfläche dienen.
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeits- 35 Die Vorrichtung nach der Erfindung hat ferner kopf (13) der Sonotrode (10) eine sekundäre den Vorzug, daß sie bei verschiedenen Material-Schwingungsbewegung aufgeprägt ist, die wesent- formen, wie Blattmaterial verschiedener Dicke, lieh geringere Energie, aber wesentlich größere Platten, und selbst relativ großen Massen Anwendung Amplitude als die Ultraschallschwingung hat, finden kann. Die Materialien können zuvor in bederart, daß periodisch zwischen der Sonotrode 40 stimmte Gegenstände oder Vorrichtungen geformt und dem Oberflächenmuster (12 b, 12 c; 52) der sein, die in vielfältiger Gestalt, hohl oder in massiver Gegenfläche (24; 50; 124) ein den Eintritt und Ausbildung und in verschiedenen Materialien vorDurchgang von Materialien zwischen diesen liegen können. Es können insbesondere auch GeTeilen erleichternder Spalt geschaffen wird. webe sein, die aus thermoplastischen Fasern her-
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 45 gestellt sind oder wenigstens thermoplastische Fasern bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen in Verbindung mit Naturfasern enthalten, beispielsam Scheitel (13 a; 54 a) der Sonotrode (10; 54) weise eine Mischung aus Polyesterfaser und Baumund an der Oberseite der Oberflächenmuster wolle. Darüber hinaus können mit der Vorrichtung (12 b; 12 c; 52) in Bewegungsrichtung der zu nach der Erfindung Nähte zwischen zwei Kunststoffschweißenden Teile konvergieren (Fig. 3). 5° folien, zwischen einer Kunststoffolie und einem Gewebe oder zwischen einer Kunststoffolie oder einem Schichtmaterial, welches ein Thermoplast enthält, sowie auch bei verschiedenen anderen Materialien in
Schichtform gebildet werden. Die Vorrichtung gemäß
55 der Erfindung läßt sich auch zum Verbinden von mehr als zwei Elementen verwenden. Die Nähte kön-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ultra- nen sowohl in einer Ebene liegen oder gekrümmt schallschweißen von thermoplastisches Material ent- sein, wobei beispielsweise die zu schweißenden haltenden Teilen, wobei eine Sonotrode mit lang- Gegenstände am Werkzeug auf einem entsprechend gestrecktem Scheitel und eine Gegenfläche gegen- 6° gekrümmten Wege vorbeigeführt werden können, einander preßbar und relativ zueinander bewegbar Die Nähte können kontinuierlich sein oder aus angeordnet sind. einzelnen Teilstücken bestehen, beispielsweise in
Bei einer bekannten Schweißvorrichtung dieser Art Gestalt ähnlich einer Heftnaht. Überhaupt können wird die Sonotrode am Schweißende der Form der mit der Vorrichtung nach der Erfindung Nähte verherzustellenden Naht entsprechend ausgebildet, wo- 65 schiedener Weite und fast jeder selbst solcher relativ bei die Nahtformen einfache Figuren, wie eine Linie, komplexer irregulärer Gestalt hergestellt werden,
ein Rechteck, einen Kreis od. dgl., darstellen. Für Bei der Befestigung eines Mikrofilms über einer
die Herstellung unregelmäßiger Nahtformen würde Öffnung in einer Lochkarte ist es bekannt, ein in
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