DE2022892B2

DE2022892B2 - Ultraschallschweissvorrichtung zum zusammenschweissen von zwei uebereinanderliegenden werkstuecken

Info

Publication number: DE2022892B2
Application number: DE19702022892
Authority: DE
Inventors: Alex Burgo Paul Anthony Rochester N Y Uhimchuk (V St A)
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1969-05-12
Filing date: 1970-05-11
Publication date: 1972-04-06
Also published as: JPS4919700B1; FR2042561A1; BE750306A; US3585096A; DE2022892A1; GB1303164A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultr^-challschweißvorrichtung zum Zusammenschweißen von zwei übereinanderliegenden Werkstücken aus thermoplastischem Material längs einer gekrümmten Bahn zwischen einem Ultraschallkopf und einem Amboß.

Das Verbinden oder Verschweißen zweier thermoplastischer Teile durch Ultraschall ist bereits bekannt und beispielsweise in den USA.-Patentschriften 3 022 814 und 3 224 916 beschrieben. Die bekannten derartigen Schweißvorrichtungen sind jedoch nicht dazu geeignet, in weitgehend selbsttätigem Betrieb aufeinandcrliegende Werkstücke, bei denen die Schweißverbindung längs einer gekrümmten Schweißbahn verlaufen muß. miteinander zu verschweißen. Beispielsweise eignen sich die in den vorstehend genannten Patentschriften beschriebenen Vorrichtungen nicht dazu. Ober- und Unterteil eines Behälters, etwa einer Kassette zur Aufnahme einer Roll j plioiographischcn Papiers, läng¹- der l'mfangslinie der Kassette miteinander zu verbinden.

Der Hrfindunc liegt die Aufgabe zugrun<' eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auf weil ehend selbsttätige Weise Werkstücke mittels Ultraschall zusammengeschweißt werden können, also beispielsweise Ober- und Unterteil einer Kassette aus thermoplastischem Werkstoff mit einer längs einer gekrümmten Bahn verlaufenden Schweißnaht miteinander verbunden Werden können.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Amboß eine zu einer Drehbewegung um eine Achse aiitreibbate Drehscheibe vorgesehen ist, die eine Spannvorrichtung für das untere der zu

verschweißenden Werkstücke aufweist, daß der UltrnschallkopF dreidimensional bewegbar gelagert ist und auf einem dem Verlauf der Schweißnaht entsprechenden Stßnernocken der zusammen mit der Drehscheibe drehbar ist, über eine Nockentasteinrichtung geführt ist. Dadurch ist eine Vorrichtung geschaffen, die bei überraschend einfachem Vorrichtungsaufbau ein weitgehend selbsttätiges Ziisammenschweißen von Werkstücken ermöglicht, die längs einer gekrümmt verlaufenden Schweißbahn miteinander verbunden werden müssen,

Bei einem Ausführungsbmspiel, das zum Herstellen einer Schweißverbindung längs einer in sich geschlossenen Schweißbahrt dient und beispielsweise besonders gut zum Verschweißen des Kassettenoberteils oder des Deckels einer Kassette mit dem K is-,L'ttenunterteil geeignet ist. ist der Steuernocken

λ eckmäßig ringförmig und auf der Drehscheibe so .: !^-ordnet, daß er die aufgespannten Werkstücke »Ib. ^
festigt, der

ein

"If manchen Fällen ist es wünschenswert, daß die Schweißnaht stellenweise unterbrochen ist Zu diesct Zweck kann bei einem weiteren Ausfuhrungs- ^piel der Erfindung der Steuernocken eine be-.o-idere Form mit mindestens einer Erhebung er-Cltcn. durch welche die Nockentastereinrichtung an-Echoben und damit der Ultraschallkopf für eine kurze Zeit aus der Schweißbahn herausgehoben wird. ionach der Ultraschallkopf wieder in die Schweiß-,,,.gesenkt wird, so daß er die Schweißarbeit ""SS einem weiteren Ausführungsbeispid der Er- »ndung ist eine vollautomatische Steuereinrichtung vorgesehen, so daß die Bedienungsperson nur die zu schL-.ßenden Werkstücke auf die Drehscheibe zu lesen und einen elektrischen Schalter zu betätigen bSTch" um oen gesamten Arbeitsvorgang vom Anfang bis zum Ende ablaufen zu lassen. Durch die Steuereinrichtung kann auch eine Auswerfcreinrichtuns betätigt werden, durch die die verschweißten Werkstücke nach Beendigung des Schweißarbeitsganus selbsttätig aus der Vorrichtung ausgeworfen Lrden. Die Steuereinrichtung ist hierbei Vorzugsweisc auch so ausgeleut. daß dem Ultraschallkopf Ζ dann Strom zugeführt wird, wenn sich die Werkstücke in der Schweißsttllung auf der Drehscheibe befinden. Dadurch wird nicht nur Strom gespart. sondern auch die Lebensdauer des Ultraschallkopfes

Die"Erfindung wird im folgenden „n Hand der Zeichnung im einzernen erläutert. Es zeigt

Fi₂. 1 eine teils abgebrochen gezeichnete Draufist. Die Welle 25 ist '^mV J? ? Sohlenplatte 27 gelagert, die mit eine Einheit bildet, ».^«^ Motors 19 die gesamte Drehsche b m der Sohlenplatte 27 mι die Achse de -WeHe-a dreht, Eine Kassette C der in ^ ^ ^Γξ$ ^

« Form wird auf d ^S°^menp't_mm_e ΙΓ welche die tels einer bogen orangen Memme 31 we* J Kassette gegen eine ^^ ■ auf ^|f _e überlegenden SeHe der Soblenpiae / J

Anschlagplatte 33 druckt im ^fg^J^l fet _So

der Sohlenplatte festgehalten D»^e ^rmpeg « so auf der Sohlenplatte gelagert daß sie

rückwärts bewegt ^^den .^^ senkrecht verlaufenden i ^

^ Seenplatte ^g^^^S^ eine Winkelhebeleinrichtung 39 ^ ubefgendenEnden *ψ<^^_ά^ _deren Welle 401 mit einer f ^eaer<+J' _{ς hl} , _tte ^_{7 un}d eines Ende in einer ^B^™g ^^ΐ VndteUs

*₅ deren anderes Ende, einer Bohrun des -na des Winkelhebels gehalten '«: ^ ^erdrückJ .rkt sich nach unten gegen die Wmkelfehel aus wirkt, daß die Klemme 31 normalise m Q Fig. 2 gezeigten Innen- oder KlemmsteHun_{e e}enai

^jf^^^ _{bri die} Kassette C in

die vorgesehene Mge, indem ^,^^f^f^ tenkante an die K emrneSl an^gt ™* \ nach außen in Fig. 2 ^na^/ecnts ^α™=^κ ' _h,

die ^^%£^*2S_t trdef kam, platte 33 benachbarte Lage „eDracm^ ,

Wenn nun die Be^»«Jg^™,*^¹¹ ^_n in läßt bewegt sich die ^3 "ac^ft "M Fi g. 2 nach links, und halt die Kassette m gesehenen Stellung fest. κ-ivetteC aus

Aus Fig. 2 .st ersieh hch, daß de Kas»t te Γ aus einem Oberteil T und einem Lnter^ ^u ht die

längs einer y^erb7.^dun^^lini=^ "S^obcrschweißt werden sollen. Der Hauptbere.ch des Uhcr^

teils T ist relativ 4c .wahrend we b 45 m Fam einer Stufe dargestellt ein Bereich an c mem ac Enden eine geringere D.ck ufwe.sU dt uhr ge TdL «mJ-B. der ^tnjch.^ bu -er B^_

»ärts bewegt werden "^^,^mu'Jrt S Weise. J« ™Jol_g™den η och ηJc e a«t«t I m Kurvenring 47 mit κ™ t-

angeordneten 6äulel3 herausragt und mit tiflgförmigen, nach oben ragenden Ansatt 15 vcrsehen ist, auf dem sich räne ringförmige Drehscheibe 17 befindet, die auf Kugellagern läuft und relativ zu dem Ansatz IS drehbar ist. ,

Auf der Unterseite dbs AüflageÜsches 11 ist mit-

I₁ ist der ivurvuinnig τι um /_ww

„ ι 49 und 51 verschen, die auf dem Ring im

Abstand voneinander angeordnet sind und deren Aufgabe im folgenden noch näher erläutert wird.

Das eigentliche Verschweißen des Oberteils 7" mit dem Unterteil B der Kassette C geschieht mittels

cities Ullriisehatlköpfes 55, der ftttC eincni Halter oder Ann 57 befestigt ist, der seinerseits an einer senkrecht vefhuifetideti Welle 59 befestigt ist. Die Welle 59 ist in einem auf der Säule. 13 freundlichen Schalcnlager 61 so gelagert, daß sie eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung sowie eine SähweiikbeWegüng amfithroti fcntvii Hof lillriisdiallkopf 55 ist also so gcl.icctt. d.iH et in einer wasserechten Fbene frei selnvcnkb.ii lsi und «ich gleichzeitig, entsprechend den 1 ito'deii'i^en de« Sehweiteorgangs. senkrecht ib auf und ahbewcccn kann

/um luht.ii de« l'lirasclullkopfes 55 über die l'inf.inc«b-ilin .uif der Kassette (" ragt aus dem Λιηι 57 cn- W mkelstiick 65 nach unten, das mit einem diehbaren Kut\enabta«trad 67 \ersehcn ist. weli.lic- .uif Jet waagerechten Oberfläche des Kur-Nenniiic·· 47 abrollen kann Das Winkelstück 65 ti.id außetdem einen /'weiten Kunenabtaster 69 in tonn einet drehbar gelagerten Kugel, die so angeordnet im. dal* mc auf der Außenfläche des Kurven- so tince« 4"* abrollt, wenn der kurvenring sich dreht

im sicherzustellen, daß das Kunenabtastrad 67 ni! »Jet Oberfliiche des Kurvennnges 47 in Berührung bleibt, tragt die Welle 59 an ihrem oberen Vniie ein Gewicht 71 I'm sicherTUStellen. daß dcT as Kirvcn.iNaMct 69 mit der Seitenfläche des Kurvenrinc« 47 Mi Berührung bleibt, während dieser sich dreht, erstreck! «ich vom Halter 57 ein AuslegerhcNel ~3 m einet vorn l"hra«chalU;orvf 55 abgcwandter RiciTiinc durch einen Schlitz 75 in der Säule 15. So de: «<· lanc und breit im. daß ei die erforderliche Rcuecunc des AuslcgcrhcbeH in senkrechter und w.iapcrechiet Richtung ermöglicht Eine gespannte Fe-Λ-τ 7~ TM am abgelegenen Fnde des AuslegethelvN ""3 befestigt und an ihrem anderen Ende mil e;riem iv'MeMcn. aus der S.=ule 13 heTausragenden X-Tt""** verbunden PeT Grad der Federspannunc ki-- ch,-v^v d>c Umstellung e;ner MuttST Sl auf 0-.-¹CTV! U» "idc^n'i S3 rccuhcn werden

Die Arbeit*weise des Gerais wird im folgenden ?b urne: Hin»ei* au! die noch nähcT tu erläuternde üi•.TiimaTi'-ebe S'cuereir.nchTuTtG beschrieben. Die BedvTu.n.cxrwwi b-nnp runachsi eine K&^setie C m d'«- ν e>-_c-v.- hc-ne Stellung zwischen ArischlagplaTie 53

klemmt 3Ϊ und betätigt dann ^S um den Μλϊοτ I^ tmd den I¹TrTS-M 55 τη tVafifi 211 seizeiv. Det Μΰΐοτ ϊ^ dreh: T>rebschabs ΧΊ tmä damit sneh äsn SOTvSf!- ifnd die KssseSreC Ba B^inn dss- Dreb-

sich das 'Kin-vsnaruSSiraci ¹Sl vcvn So

ng 49 ijsrib Έΐή smt iriedngere i. wcidardh der Uiirascbscfffcnpf i53 usii säner IEcIa-S? des Oreridfe T (> Fie. ΐί in äirelcre B$- yjihraiis 1;<ΐτηττί5 rrnä das Ctbsns^ F xröi dem Imtsrteil ?> ro verschweißen bssrnrfL Bsi -Waiferer ©rs- ^

der Χδϊϊ^ηεΓ im l^srsJ^srsiBn ?i?w£St ^tJ₅ ITtrascbäliköpi 55 ds inrifimjsSrife SHäans; T>iä-

Se T-site 3

_c._n,-

äbtasträd 67 Wieder auf die Karvehnrigerheibüng ^19 hinaufsteigt Und die Stromzuführung zürn Motor Ϊ9 und zürn Ültraschälikopf 55 yöri def Bedieriün^s* person ünterbröchön Wird, Die Bedienungsperson betätigt sodann einen Hebel 92; durch den ein Stößel 93^ mit einerni zweiten Stößel 95 in Berührung gelangt* der die Kassette G¹ aus ihrer Befestigung 'in der Klemme 31 herausdrückt, ro daß sie herausgenommen und eine neue Kassette eingesetzt werden kann. Der Stößel 93 ist in dem Auflagetisch 11 gelagert, und der Stößel 95 ist in der Sohlenplatte 27 gelagert und zusammen mit dieser drehbar. Die beiden Stößel sind also nur zu Beginn und zu Ende des Schweiß\organgs axial fluchtend angeordnet.

Da« \ erstehend beschriebene Ge^rät kann, wie angegeben, mit einem Minimum an automatischen Steuereinrichtungen zufriedenstellend arbeiten. Die Schnelligkeit und Präzision der Arbeit läßt sich jedoch durch eine vollautomatische Steuereinrichtung erhöhen, bei der die Bedienungsperson die Kassette C iiur in die Arbeitsstellung zu bringen und dann einen einzigen Schalter zu schließen braucht, um sichernistellen. daß der ArbeirsN-organg vom Beginn bis zuf Fnde automatisch in zufriedenstellender Weise ablauft Fine solche Steuereinrichtung ist in F i g. 3 dei Zeichnungen dargestellt Al« Teil der automatischen Steuereinrichtung sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Welle 59 auf deT Säule 13 je ein Fndscbalter 99 und ΪΟΪ vorgesehen Jeder deT Fndschalter weist einen schwenkbaren Betätigungsarm 103 bzw tO5 auf. der so angeordnet r«t. daß eT mittels einer Segmentplatte 107 betätigt «erden kann Die Scgnu-ntp'.atn- !07 ist auf der W'elle 59 se> gelagert, daß «κ mil der Welle m eincT waagerecht verlaufenden Fbene schwenlrhaT und außf-dem. Wim CWrlanfen des Kun-enabtastrades 67 uT>e· die TrhebuTige« 49 »md 51. auf und ab bewegbaT ·-·

Fm weiterer Teil der amomatischen Steuere-ηnchtum; umfaßt eine 1 lichtquelle Xtfi). die auf derr, HaI-tcT 57 neben detii niv*«chirtlkif>f>f 55 so artseor.iiet isi. daß ein 1 Tchrstrahl senkrecht nach ernten &.r:b eine (rircht dsi^estHlte^ öffnung aet SoHertplaTU- 27 awf eirtc Mw»iO7cUeUt fä'lH. ^e an dem Wir.i.clstuck it befestigt i«? Wenn -steh eine Kassette > ri deT SchweiSsTeihine l-ffiiidet. so wird der l.^i-Strahl mrtw-brochen. ιηχί dem S4TC»Tnkrets des l"'^p-.v ^chÄll^opfcs icaaft Siroir. ragefiihn twa-den. Bef".-.: jedocl¹» k-efee iiaiseits C 5fi ^er AtbeSsa^ssg^ ■ifchalrei der OditätraW Sb^r die T>liötiSiSe ΗΪΪ reis '^es l^irsiac^aTRcopies ·ρ<χ caß iiina t*«tft ?«ge^« -«^dgri icarrn.
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used der Erhebung 49.. s0 ist iviswalä'iM a des
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^ats*5 sä as eine Haltera^Eei-ίι Relais 4?2 «jsirssi

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kontakte R2α und Rib. Durch das Schließen des Schalfkönfaktes R'ic wird ein elektromagnetisch gesteuertes Fliiidveiitit Ü5 betätigt, das einen Kolben irt öarig setzt Und a\e Klemme' 31 auf die Anschlags platte 33 hin bewegt.

ßürcii das gleichzeitige" Schließen der Schaltkon- täkteiiiä und R2b wird der Motor 19 eingeschaltet, der die Drehscheibe 17 dreht.- öleichzeitig wird öer Stromkreis des Ültraschallkopfes so geschaltet, daß dem Ultraschailkopf 55 nach einer kurzen Pause Strom zugeführt wird, wenn sich das Kurvenabtastrad 67 von der Erhebung 49 herunterbewegt und die Segmentplatte 107 den Kontakt 101 η des Endschalters schließt. Wenn sich der Schalterkontakt 101 ff Schließt, Öffnet sich der Schalterkontakt 101 b.

Der in Tätigkeit befindliche Ultraschallkopf bewegt sich über die zu schweißende Bahn von der Ecke 85 bis zur Ecke 87. An der Ecke 87 steigt das Kurvenabtastrad 67 auf die Kurvenerhebung 51 hinauf und bewirkt damit, daß die Segmentplatte 107 den Endschalter 99 betätigt, der den Kontakt 99 a öffnet, wodurch bei der weiteren Bewegung Von Ecke 87 nach Ecke 89 die Stromzufuhr zu dem Ultraschailkopf unterbrochen ist. An der Ecke 89 bewegt sich das KufVenabtastrad 67 vdrt der Erhebung 51 herunter, der Ultraschailkopf senkt sich wieder auf die Ebene der Kassette C der Kontakt 99 α schließt sich, und dem Ültfaschällköpf wird von neuem Ström zugeführt, so daß er sich über die restliche Strecke der Ümfartgsbahrt der sich drehenden Kassette C bewegt bis die Ecke 91 erreicht ist.

Afi diesem Punkt bewegt sich das Kurvenabtastrad 67 erneut In seine Ausgangsstellung aiii der Er-

hebung 49, die Segmentplatte 107 öffnet wieder den Endschalterkontakt 101 α und schließt den entsprechenden Endschalterkontakt 101 b. Durch Schließen des Kontaktes 101 b wird ein Relais R 3 erregt, das einen Schaltkontakt R 3 α schließt. Dieser steuert ein Fluidventil 117 und betätigt damit den Stößel 93, der die Kassette aus ihrer Befestigung herausstößt. Nimmt die Bedienungsperson die Kassette C heraus, so entregt die Photozelle Hi wieder das Relais R1, indem sie den Schaltkontakt 111 α öffnet

ao und so bewirkt, daß sich der SchalterRla erneut öffnet und der Schalter S sich zu öffnen beginnt. Dadurch werden das Relais R 2 entregt und die Schaltkontakte R2a, b und c geöffnet, und das System ist für den nächsten Arbeitsgang bereit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

\ l, Ultraschallschweißvorrichtung zum Zusammenschweißen von zwei übereinanderliegenden Werkstücken aus thermoplastischem Material längs einer gekrümmten Bahn zwischen einem Ultraschallkopf und einem Amboß, dadurch gekennzeichnet, daß als Amboß eine zu einer Drehbewegung um eine Achse (25) an-•treibbare Drehscheibe (17) vorgesehen ist, die eine Spannvorrichtung (31, 33) für das untere der 7.U verschweißenden Werkstücke aufweist, daß der Ultraschallkopf dreidimensional bewegbar gelagert ibt und auf einem dem Verlauf der ig Schweißnaht entsprechenden Steuernocken (47), der zusammen mit der Drehscheibe (17) drehbar ist, über eine Nockentasteinrichtung (67, 69) geführt ist.

2. Verrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuernocken (47) ringförmig auf der Drehscheibe (17) so angeordnet ist, daß er die eingespannten Werkstücke (T, B) umgibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuernocken (47) eine Steuerkurve mit mindestens einer Erhebung (49, 51) aufweist, durch die die Nockentastereinrichtung (67) beim Überlaufen der Erhebung (49, 51) den Uluascha.tkopf (55) außer Berührung mit den Werkstücken (Γ, B) bringt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Drehscheibe (17) eine Auswerfereinrichtung (95) zum Ausstoßen der zusammengeschweißten Werkstücke (T. B) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallkopf (55) und die Nockentastereinrichtung (67. 69) an einem Arm (57) befestigt sind, der um die Achse einer im Abstand parallel zu der Drehachse (25) der Drehscheibe (17) verlaufenden Welle (59) schwenkbar und axial zu der Achse dieser Welle (59) verschiebbar gelagert ist. daß der Steuernocken (47) zwei senkrecht zueinander angeordnete Steuerflächen für die Zusammenwirkung mit zwei Nockentastern (67. 69) aufweist und daß der Nockentaster (69) durch eine Feder (77) an eine Steuerfläche aufgedrückt wird.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Drehscheibe (17) auf einem feststehenden Tisch (11) gelagert ist. an dem eine betätigungseinrichtung (93) für die Auswerfereinrichtung (95) in solcher Lage angeordnet ist, daß die Betätigiingseinrkhttirtg (93) nur bei einer dem Beginn Und dem finde eines Schweiß Vorgangs entsprechenden Drehstellung der Drehscheibe (17) einschaltbar ist, 6ü

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine durch einen manuell betätigbaren Schalter (S) beeinflußbare elektrische Steuereinrichtung zum Betätigen der Spannvorrichtung (31, 33) und des Antriebs (19) für die Drehscheibe (17) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine erste Schalteinrichtung (99, 99_ffl IQl₁101 ff, H%) ZHm Ein- und Ausschalten des Ultraschaljkqpfes (55) aufweist und daß diese Schalteinrichtung auf die durch die Erhebung (49, 51) des Steuernockens (47) bewirkte Bewegung des Ultraschallkopfes (55) anspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schalteinrichtung zwei am Arm (57) des Ultraschallkopfes (55) angeordnete Endschalter (99, 101) aufweist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen S oder 9, dadurch rekeunzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine zweite Schalteinrichtung (101 b, R3,R3a) aufweist, die auf die Beendigung eines Schweißvorgangs anspricht, um die Auswerfereinrichtung (95) zu betätigen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung auch durch eine die Anwesenheit oder Abwesenheit von zu schweißenden Werkstücken (T, B) auf der Drehscheibe (17) feststellende Detektoreinrichtung (109, 111, 111«, Rl, Ria) beeinflußbar ist, so daß der Ultraschallkopf (55) nur während festgestellter Anwesenheit von zu schweißenden Werkstücken (T, B) eingeschaltet sein kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schalteinrichtung (Rl) durch die Detektoreinrichtung (Ria) beeinflußbar ist.