DE1953409C3 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Ultraschallschweißen von dünnen Folien aus thermoplastischem Material - Google Patents

Vorrichtung zum kontinuierlichen Ultraschallschweißen von dünnen Folien aus thermoplastischem Material

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DE1953409C3
DE1953409C3 DE1953409A DE1953409A DE1953409C3 DE 1953409 C3 DE1953409 C3 DE 1953409C3 DE 1953409 A DE1953409 A DE 1953409A DE 1953409 A DE1953409 A DE 1953409A DE 1953409 C3 DE1953409 C3 DE 1953409C3
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Maurice Henri Massy Bocquet
Michel Bourg-La-Reine Chatain
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Centre National dEtudes Spatiales CNES
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Ultraschweißen von dünnen Folien aus thermoplastischem Material, bei der die Folien zwischen einer Sonotrode und einem Amboß bewegt werden und der Amboß durch ein Gewicht mit einstellbarer, konstanter Kraft gegen die Sonotrode gedruckt wird.
Mit einer bekannten Vorrichtung dieser A,rt (französische Patentschrift 1382 415) lassen sich Kunststoffolien von mehr als 50 μ zufriedenstellend verschweißen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß beim Verichweißen von Kunststoffolien, die dünner als 50 μ Und und eine verhältnismäßig große Länge (mehr als Iwei bis drei Meter) haben, die Schweißnähte unileichmäßig, wenig widerstandsfähig und an vielen teilen durch Schmelzen des Kunststoffes völlig unbrauchbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit der sich extrem dünne Folien unter 50 μ Stärke und mit einer Länge von mindestens zwei bis drei Metern zufriedenstellend verschweißen lassen.
Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß erreicht durch Kühlmittel, die die Temperatur der Sonotrode auf einem konstanten Wert halten, und eine auf die geschweißten Ränder der Folien einwirkende Antriebsvorrichtung, die eine gleichmäßige Zugkraft zur Mitnahme der Folien ausübt.
Aus der britischen Patentschrift 952 042 ist es zwar bereits bekannt, daß die Schweißnaht beim Ultraschweißen dadurch gleichmäßiger und besser wird, daß die Temperatur der Sonotrode durch Kühlung konstant gehalten wird. Ferner ist es durch die französische Patentschrift 1314 142 bekannt, beim kontinuierlichen Schweißen einer langen Naht die Folien mit konstanter Zugkraft unter der Sonotrode
ao vorbeizuziehen.
Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, daß durch die Kombination der drei Merkmale »konstante Andrückkraft, konstante Sonotrodentemperatür und konstante Zugkraft« eine erhebliche Veronas gerung der Stärke der zu verschweißenden Kunststofffolien möglich ist. Wie durch Versuche festgestellt, lassen sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung praktisch beliebig lange Kunststoffolien mit einer Stärke von 6 bis 9 μ verschweißen, wobei eine gleichmäßige, absolut dichte und widerstandsfähige Schweißnaht entsteht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
An Hand der Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine erfindung^gemäCc Schweißvorrichtung, und zwar im Schnitt längs der Linie T-I der Fig. 2 und3,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie Tl-II der F i g. 1 und 3,
r i g. 3 eine Draufsicht auf die Schweißvorrichtung, bei der der Schweißkopf entfernt ist,
Fig.4 und 5, der Fig. 1 bzw. 2 entsprechende Ansichten, die die Sonotrode in vergrößertem Maßstab darstellen,
F i g. 6 eine schematische Ansicht einer Schweißung des /weiten Polstücks eines Ballons,
F i g. 7 eine der F i g. 2 entsprechende Ansicht, die die Schweißung sehr dünner Kunststoffolien in vergrößertem Maßstab darstellt.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Schweißvornchtung weist einen gestückelt dargestellten halbkugelförmigen drehbaren Träger 1 auf, der hauptsächlieh zur Herstellung von Ballonen dient. Der bereits geschweißte Teil 2 des Ballons liegt auf dem Träger 1, während die zu schweißende Kunststoffolie 3 auf einem Zuführtisch 4 liegt. Die Ränder des Teils 2 des Ballons und der Kunststoffolie 3 werden durch Rollen 5 und 6, die in konvergierenden Ebenen angeordnet sind, in Nuten Ta und Tb einer Führungsvorrichtung 7 voranbewegt. Die sich etwas überlappenden Ränder gelangen zwischen einen Amboß 8 und eine Sonotrode 9, die die Schweißung ausführen, und der bereits geschweißte Teil des Ballons wird durch Mittel, die weiter unten beschrieben werden, voranbewegt. Der Schweißkopf 10 weist eine Magnctwicklung 10 a auf.
Der Schweißkopf 10 ist in der Höhe bezüglich des Zuführtisches4 ortsfest angeordnet, d.h. er kann sich dem Zuführtisch 4 weder nähern noch sich von ihm entfernen, aber es kann sich um die Vertikalachse XX' der Sonotrode 9 drehen, und zwar zu einem Zweck, der weiter unten beschrieben wird. Der Amboß 8 ragt in eine Aussparung 4 a des Zuführüäches 4 und wird von einem massivem Hebel 11 getragen, der um eine horizontale Achse 12 schwenkbar ist. Der Hebel 11 ist mit Einkerbungen 11a versehen, in die ein Ring 13 α eingreifen kann. Der Ring 13 a trägt ein Gewicht 13. Hiermit läßt sich der Schweißdruck, d. h. ein Anpreßdruck der Kunststofffolien 1,2 zwischen dem Amboß und der Sonotrode während der Schweißung, einstellen, indem die Masse des Gewichts 13 entsprechend gewählt und der Ring 13 α in eine bestimmte Auskerbung 11 a eingehängt wird.
Um den Amboß zwischen den Schweißvorgängen von der Sonotrode zu lösen, wird mittels eines Verteilerventils 14 ein doppeltwirkender pneumatischer Stellmotor 15 derart betätigt, daß sich das Ende seiner Kolbenstange ISa an den Hebel 11 anlegt und den Hebel 11 durch Anheben des Gewichts 13 schwenkt. Wenn dann der Stellmotor 15 mit Hilfe des Verteilerventils 14 in entgegengesetzter Richtung betätigt wird, läßt man den Hebel 11 unter der Wirkung des Gewichts zunächst rasch und danach langsamer schwenken, so daß sich der Amboß 8 zunächst rasch und dann langsamer der Sonotrode nähert. Hie Kolbenstange 15 a ist am Ende der Bewegung mit dem Hebel 11 nicht mehr in Berührung und gibt somit das Gewicht frei, das den Schweißdruck ausübt. Die bereits geschweißten Kunststoffolien werden mittels zweier Rollen 16, 17 von dem Schweißkopf 10 weg bewegt; die aus Kautschuk bestehenden Felgen der Rollen 16, 17 liegen an der Oberseite der Kunststoffolie 3 bzw. an der Unterseite der Kunststoflolie 2 an. Du Achse der unteren Rolle 17 ist an einem Bauteil 17 a befestigt, das mit dem Zuführtisch 4 fest verbunden ist und ihre Felge ragt über einen Schlitz 4 b des Zuführtisches 4 hinaus. Die Achse der oberen Rolle 16 ist am einen Ende eines Hebels 18 befestigt, der an einem Arm 19 des Rahmens 10 b des Schweißkopfs angelenkt ist und dessen anderes Ende durch eine Feder 18 a gegen den Arm 19 gezogen wird. Die Rolle 16 wird auf diese Weise elastisch gegen die Rolle 17 gedrückt. Eine der beiden Rollen wird angetrieben, beispielsweise die Rolle 16, und zwar über eine flexible Transmission.
Die Temperatur des Schweißkopfs 10 und der Sonotrode 9 wird durch einen Kühlwasserkreislauf konstant gehalten, dessen Einlaß bei 10 c und dessen Auslaß bei 10 d angeordnet ist.
Die Son nt rode 9 ist in den Fig. 4 und 5 genauer dargestellt. Sie ist im wesentlichen keilförmig ausgebildet, wobei ihre Unterseite 9 a eine konvexe Schneide von 2 bis 3 mm Breite und 6 bis 8 mm Länge bildet; die Schneide ist sowohl in Längsrichtung wie auch in Querrichtung gekrümmt. Der der Schweißkopf
den
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angeordnete Vorrichtung kann
^KÄ£?£ einer anderen Richtung a, der des T schrank auszuführen wird te^ dem Rahmen 10 b.. dem Schwe.ßkopf 10 unddem A rm . bestehende Gebilde um die Achse ^ gedreht Die F i e 6 zeigt, wie das zweite Polstuck Zl eine aüinsM durch eine öffnung 23a des ersten Po-
des Polstücks 21 werden zwischen einen Amboß 8
Kannter weise m uli ......«..;_ _..
zugsweise werden hierbei die zu schweißenden Teile zwischen der Sonotrode 9, die außerhalb des Ballons bleibt, und einen Amboß, der durch die Öffnung 23 a verläuft, eingespannt. Bei der dargestellten Anordnung könnte man am.li den Amboß 8 α durch einen Amboß ersetzen, der sich um eine zur Achse XX' des Schweißwcikzeugs parallele, jedoch versetzte Achse dreht.
Die F i g. 7 zeigt, wie zwei sehr dünne Kunststoffolien 24. 25 miteinander verschweißt werden. Hierbei werden auf die Oberseite der Kunststoffolie 24 ein Papierstreifen 26 und auf die Unterseite der Kunststoffolie 25 ein Papierstreifen 27, und zwar übei die
zu schweißenden Ränder, gelegt. Man bringt dann die Ränder derart zur Überlappung, daß die Oberseite der Kunststoffolie 25 von der Unterseile der Kunststoffolie 24 etwas überdeckt wird, und danach wird das Gebilde zwischen dem Amboß 8 und die
Sonotrode 9 in der beschriebenen Weise eingeführt. Nach der Schweißung werden die Papierstreifen 26, 27, die sich mit den Kunststoffolien nicht verschweißen, entfernt. Die Papierstreifen können unmittelbar, bevor die Kunststoffolien zwischen den Amboß und
die Sonotrode eintreten, angebracht werden; sie können jedoch auch vorher am Rand der zu verschweißenden Kunststoffolie angeheftet werden, beispielsweise mittels eines Klebers. Zu diesem Zweck kann man Klebestreifen verwenden, die sich nach der
Scliwcißung von den Kunststoffolien leicht lösen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Ultraschallschweißen von dünnen Folien aus thermoplastischem Material, bei der die Folien zwischen einer Sonotrode und einem Amboß bewegt werden und der Amboß durch ein Gewicht mit einstellbarer, konstanter Kraft gegen die Sonotrode gedrückt wird, gekennzeichnet durch Kühlmittel (10 c, 10 d), die die Temperatur der Sonotrode (9) auf einem konstanten Wert halten, und eine auf die geschweißten Ränder der Folien (2) einwirkende Antriebsvorrichtung (16, 17), die eine gleichmäßige Zugkraft zur Mitnahme der Folien ausübt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung zwei die geschweißten Ränder der Folien zwischen sich erfassende Rollen (16, 17) aufweist, von denen die auf der Seite des Ambosses (8) angeordnete Rolle (17) von einem den Amboß teilweise umgebenden, jedoch nicht berührenden Bauteil (17 α) getragen ist und die auf der Seite der Sonotrode (9) angeordnete Rolle (16) durch eine Feder (18 a) vorgespannt ist
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsende (9 a) der Sonotrode (9), das in an sich bekannter Weise konvex ausgebildet ist, einstükkig mit der Sonotrode ausgebildet is' und die Form einer Schneide hat, die sowohl in der zur Schweißrichtung ausgerichteten Längsrichtung als auch in Querrichtung gewölbt ist, wobei die Breite der Schneide in der Querrichtung in der Größenordnung einiger Millimeter liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß de·" Schweißkopf (10) um eine im wesentlichen vertikale, durch die Sonotrode (9) und den Amboß (8) verlaufende Achse {X,X') derart schwenkbar ist, daß er bei seiner Schwenkbewegung die auf der Seite der Sonotrode angeordnete Rolle (1<>^ mitnimmt.
DE1953409A 1968-10-24 1969-10-23 Vorrichtung zum kontinuierlichen Ultraschallschweißen von dünnen Folien aus thermoplastischem Material Expired DE1953409C3 (de)

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C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
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