DE2022892C - Ultraschallschweiß vorrichtung zum Zusammenschweißen von zwei übereinanderliegenden Werkstücken - Google Patents
Ultraschallschweiß vorrichtung zum Zusammenschweißen von zwei übereinanderliegenden WerkstückenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ultraschallschweißvorrichtung 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 aufcinanderliegende 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 eine Kassette zur Aufnahme einer Rolle photographischen Papiers, längs der Umfangslinie
der Kassette miteinander zu verbinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auf weitgehend
selbsttätige Weise Werkstücke mitiels 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 antreibbare Drehscheibe vorgesehen
ist, die eine Spannvorrichtung für das untere der zu
verschweißenden Werkstücke aufweist, daß der tels eines Winkelstücks 21 ein Elektromotor 19 be-
ist und auf einem dem Verlauf der Schweißnaht einer senkrecht verlaufenden Welle 25 verbunden
entsprechenden Steuernocken der zusammen mit der ist. Die Welle 25 ist mittig in einer Bohrung einer
richtung geführt ist. Dadurch ist eine Vorrichtung eine Einheit bildet, so daß sich beim Einschalten des
geschaffen, die bei überraschend einfachem Vorrich- Motors 19 die gesamte Drehscheibe, einschließlich
tungsaufbau ein weitgehend selbsttätiges Zusammen- der Sohlenplatte 27, um die Achse der Welle 25
j schweißen von Werkstücken ermöglicht, die längs dreht. Eine Kassette C der in F i g. 1 dargestellten
einer gekrümmt verlaufenden Schweißbahn mitein- io Form wird auf die Sohlenplatte 27 gelegt und rrut-
ander verbunden werden müssen. tels einer bogenförmigen Klemme 31, weiche die
Bei einem Ausführungsbeispiel, das zum Herste!- Kassette gegen eine bogenförmige, auf der gegen-
! len einer Schweißverbindung längs einer in sich ge- überliegenden Seite der Sohlenplatte 27 befestigte
j schlossenen Schweißbahn dient und beispielsweise Anschlagplatte 33 drückt, im wesentlichen mittig auf
besonders gut zum Verschweißen des Kassetten- 15 der Sohlenplatte festgehalten. Die Klemme 31 ist so
I Oberteils oder des Deckels einer Kassette mit dem auf der Sohlenplatte gelagert, daß sie vorwärts und
Kassettenunterteil geeignet ist, ist der Steuernocken rückwärts bewegt werden kann, und ist mit einem
zweckmäßig ringförmig und auf der Drehscheibe so senkrecht verlaufenden, in einem Schlitz 37 der
angeordnet, daß er die aufgespannten Werkstücke Sohlenplatte verschiebbaren Führungsstift 35 verumgibt. ao sehen. Jedes der Enden der Klemme 31 ist über eine
In manchen Fällen ist es wünschenswert, daß die Winkelhebeleinrichtung 39 (an den beiden gegen-Schweißnaht stellenweise unterbrochen ist. Zu die- überliegenden Enden einer waagerecht verlaufenden
sern Zweck kann bei einem weiteren Ausführungs- Welle 40) mit einer Feder 41 verbunden, deren
beispiel der Erfindung der Steuernocken eine be- eines Ende in einer Bohrung der Sohlenplatte 27 und
sondere Form mit mindestens einer Erhebung er- »5 deren anderes Ende in einer Bohrung des Endteils
halten, durch welche die Nockentastereinrichtung an- des Winkelhebels gehalten ist. Der Federdruck wirkt
gehoben und damit der Ultraschallkopf für eine kurze sich nach unten gegen die Winkelhebel aus und beZeit aus der Schwe.ßbahn herausgehoben wird, wirkt, daß die Klemme 31 normalerweise in der in
wonach der üitraschaiikopf wieder in die Schweiß- F: g. 2 gezeigten innen- oder KlemmsteHung gehalbahn gesenkt wird, so daß er die Schweißarbeit 30 ten wird,
fortsetzt. Die Bedienungsperson bringt die Kassette C in
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Er- die vorgesehene Lage, indem sie zuerst die Kassetfindung ist eine vollautomatische Steuereinrichtung tenkante an die Klemme 31 anlegt und sie dann
vorgesehen, so daß die Bedienungsperson nur die zu nach außen, in F i g. 2 nach rechts, drückt, worauf
schweißenden Werkstücke auf die Drehscheibe zu 35 die andere Kante der Kassette in eine der Anschlaglegen und einen elektrischen Schalter zu betätigen platte 33 benachbarte Lage gebracht werden kann,
braucht, um den gesamten Arbeitsvorgang vom An- Wenn nun die Bedienungsperson die Kassette losfang bis zum Ende ablaufen zu iassen. Durch die läßt, bewegt sich die Klemme 31 nach innen, in
Steuereinrichtung kann auch eine Auswerfereinrich- F i g. 2 nach links, und hält die Kassette in der vortung betätigt werden, durch die die verschweißten 40 gesehenen Stellung fest.
Werkstücke nach Beendigung des Schweißarbeits- Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Kassette C aus
gangs selbsttätig aus der Vorrichtung ausgeworfen einem Oberteil T und einem Unterteil B besteht, die
werden. Die Steuereinrichtung ist hierbei Vorzugs- längs einer Verbindungslinie 43 miteinander verweise auch so ausgelegt, daß dem Ultraschallkopf scnweißt werden sollen. Der Hauptbereich des Obernur dann Strom zugeführt wird, wenn sich die Werk- 45 teils T ist relativ dick, während, wie bei 45 in Form
stücke in der Schweißstellung auf der Drehscheibe einer Stufe dargestellt, ein Bereich an :inem dei
befinden. Dadurch wird nicht nur Strom gespart. Enden eine geringere Dicke aufweist als der übrige
sondern auch die Lebensdauer des Ultraschallkopfcs Teil, so daß der Ultraschallkopf bei seiner Bewe·
erhöht. gung über diese Strife 45 gesenkt und wieder auf
sieht auf ein Ausführungsbeispiel des erfindungsge- ist auf einem kreisförmigen Absatz am Umfang dei
mäßen Ultraschallschweißgeräts, Sohlenplatte 27 gelagert, um die Welle 25 zentrier
gestellt sind, und gleiche unregelmäßige Form wie die um die Kassetti
F i g. 3 eine schematische Darstellung einer auto- zu schweißende Naht oder Schweißbahn,
matischen Steuereinrichtung zum Steuern des Ge- Um den Ultraschallkopf 55 von der Kassette (
rates gemäß der Erfindung. ^ heben und an bestimmten Stellen wieder auf dii
11 dargestellt, der als Träger aus einer senkrecht naht in gewissen Abständen unterbrochen werdei
angeordneten Säule 13 herausragt und mit einem soll, ist der Kurvenring 47 mit zwei Nasen oder Er
ringförmigen nach oben ragenden Ansatz 15 ver- hebungen 49 und 51 versehen, die a.-if dem Ring in
sehen ist, auf dem sich eine ringförmige Drehscheibe 65 Abstand voneinander angeordnet sind und derei
17 befindet die auf Kugellagern läuft und relativ zu Aufgabe im folgenden noch näher erläutert wird,
dem Ansatz 15 drehbar ist. Das eigentliche Verschweißen des Oberteils T mi
eines Ultraschallkopfes 55. der auf einem Halter abtastrad 67 wieder auf die Kurvenringcrhcbung 49
oder Arm 57 befestigt ist. der seinerseits an einer hinaufsteigt und die Stromzuführung zum Motor 19
senkrecht verlaufenden Welle 59 befestigt ist. Die und zum Ultraschallkopf 55 von der Bedienungs-Welle 59 ist in einem auf der Säule 13 befindlichen person unterbrochen wird. Die Bedienungsperson
Schalenlager 61 so gelagert, daß sie eine Aufwärts- 5 betätigt sodann einen Hebel 92, durch den ein Stö-
und Abwärtsbewegung sowie eine Schwenkbewegung ße! 93 mit einem zweiten Stößel 95 in Berührung
ausfvMren kann. Der Uliraschallkopf 55 ist also so gelangt, der die Kassette C aus' ihrer Befestigung in
gelagert, daß er in einer waagerechten Ebene frei der Klemme 31 herausdrückt, so daß sie herausgeschwenkbar ist und sich gleichzeitig, entsprechend nommen und eine neue Kassette eingesetzt werden
den Erfordernissen des Schweißvorgangs, senkrecht io kann. Der Stößel 93 ist in dem Auflagetisch 11 geauf- und abbewegen kann. lagert, und der Stößel 95 ist in der Sohlenplatte 27
einem drehbaren Kurvenabtastrad 67 versehen ist, 15 Das vorstehend beschriebene Gerät kann, wie an-
welches auf der waagerechten Oberfläche des Kur- gegeben, mit einem Minimum an automatischen
venringes 47 abrollen kann. Das Winkelstück 65 Steuereinrichtungen zufriedenstellend arbeiten. Die
trägt außerdem einen zweiten Kurvenabtaster 69 in Schnelligkeit und Präzision der Arbeit läßt sich je-
ordnet ist. daß sie auf der Außenfläche des Kurven- ao erhöhen, bei der die Bedienungsperson die Kassette C
ringes 47 abrollt, wenn der Kurvenring sich dreht. nur in die Arbeitsstellung zu bringen und dann
Um sicherzustellen, daß das Kurvenabtastrad 67 einen einzigen Schalter zu schließen braucht, um
mit der Oberfläche des Kurvenringes 47 in Beruh- sicherzustellen, daß der Arbeitsvorgang vom Beginn
rung bleibt, trägt die Welle 59 an ihrem oberen bis zum Ende automatisch in zufriedenstellender
Ende ein Gewicht 71. Um sicherzustellen, daß der as Weise abläuft. Eine solche Steuereinrichtung ist in
Kurvenabtaster 69 mit der Seitenfläche des Kurven- F i g. 3 der Zeichnungen dargestellt. Als Teil der
rings 47 in Berührung bleibt, während dieser sich automatischen Steuereinrichtung sind auf zwei gedreht, erstreckt sich vom Halter 57 ein Ausleger- genüberliegenden Seiten der Welle 59 auf der Säule
hebel 73 in einer vom Ultraschallkopf 55 abgewand- 13 je ein Endschalter 99 und 101 vorgesehen. Jeder
ten Richtimg durch einen Sch1ii7 75 in der Säule 13. 3o der Endschalter weist einen schwenkbaren Betätider so lang und breit ist. daß er die erforderliche gungsarm 103 bzw. 105 auf, der so angeordnet ist.
Bewegung des Auslegerhebels in senkrechter und daß er mittels einer Segmentplatte 107 Detätigt werwaagerechter Richtung ermöglicht. Eine gespannte den kann. Die Segmentplatte 107 ist auf der Welle
Feder 77 ist am abgelegenen Ende des Ausleger- 59 so gelagert, daß sie mit der Welle in einer waagehebels 73 befestigt und an ihrem anderen Ende mit 35 recht verlaufenden Ebene schwenkbar und außerdem,
einem ortsfesten, aus der Säule 13 herausragenden beim Überlaufen des Kurvenabtastrades 67 über die
Arm 79 verbunden. Der Grad der Federspannung Erhebungen 49 und 51, auf und ab bewegbar ist.
kann durch die Einstellung einer Mutter 81 auf Ein weiterer Teil der automatischen Steuerei.iricheinem Gewindestift 83 reguliert werden. tung umfaßt eine Lichtquelle 109, die auf dem HaI-
Die Arbeitsweise des Geräts wird im folgenden 40 ter57 neben dem Ultraschallkopf 55 so angeordnet
unter Hinweis auf die noch näher zu erläuternde ist, daß ein Lichtstrahl senkrecht nach unten durch
automatische Steuereinrichtung beschrieben. Die Be- eine (nicht dargestellte) öffnung der Sohlenplatte 27
dienungsperson bringt zunächst eine Kassette C in auf eine Photozelle 111 fällt, die an dem Winkeldie vorgesehene Stellung zwischen Anschlagplatte 33 stück 21 befestigt ist. Wenn sich eine Kassette C in
und bogenförmiger Klemme 31 und betätigt dann 45 der Schweißstellung befindet, so wird der Lichteinen Schalter, um den Motor 19 und den Ultra- strahl unterbrochen, und dem Stromkreis des Ultraschallkopf 55 in Gang zu setzen. Der Motor 19 dreht schallkopfes kann Strom zugeführt werden. Befindet
die Drehscheibe 17 und damit auch den Kurven- sich jedoch keine Kassette C in der Arbeitsstellung,
ring 47 und die Kassette C. Bei Beginn der Dreh- so schaltet der Lichtstrahl über die Photozelle 111
bewegung bewegt sich das Kurvenabtastrad 67 von 50 den Stromkreis des Ultraschallkopfes so, daß ihm
der Kurvenringerhebung 49 herab auf eine niedrigere erst dann Strom zugeführt werden kann, wenn der
Ebene, wodurch der Ultraschallkopf 55 mit einer Lichtstrahl unterbrochen worden ist. Befindet sich
Ecke 85 des Oberteils Γ (s. Fig. 1) in direkte Be- das Kurvenabtastrad 67, wie in Fig. 2 dargestellt,
running kommt und das Oberteil T mit dem Unter- auf der Erhebung 49, so ist Kontakt 101 a des Endteil B zu verschweißen beginnt. Bei weiterer Dre- 55 schalters 101 geöffnet und Kontakt 101 b geschlossen,
hung der Kassette C im Uhrzeigersinn bewegt sich Die Bedienungsperson bringt eine Kassette C in die
der Ultraschallkopf 55 der Umfangslinie entlang bis Arbeitsstellung und umerbricht damit den auf die
zur Ecke 87 und schweißt dabei die Teile anein- Photozelle 111 fallenden Lichtstrahl, wodurch ein
ander. Schaltkontakt lila geschlossen und ein Relais/?!
kopf außer Berührung mit der Kassette gelangt, und Die Bedienungsperson schließt dann mit der
bewegt sich auf der anderen Seite der Erhebung ab- Hand einen Schalter S, wodurch eine Haltemagnet-
wärts, bis der Ultraschallkopf an der Ecke 89 wie- spule 5a für den Schalters und ein Relais R2terregt
derum mit der Kassette in Berührung kommt. Bei 65 werden, und das Relais R 2 schließt die Schältkon-
wcitcrcr Drehung der Kassette legt der Ultraschall- takte/? 2 a, R 2b und R 2c. Der Schaltkontakt R 2c
kopf den restlichen Teil des Umfangsweges zurück, schließt sich zuerst, dann folgen nach einer kurzen
bis die Ecke 91 erreicht ist, woraufhin das Kurven- Verzögerungszeit gleichzeitig die Verzögerungsschalt-
kontakte Ria und RIb. Durch das Schließen des
Schaltkontaktes RIc wird ιΰη elektromagnetisch gesteuertes
Fluidventil 115 betätigt, das einen Kolben in Gang setzt und die Klemme 31 auf die Anschlagplatte 33 hin bewegt.
Durch das gleichzeitige Schließen der Schaltkon-
takteR2a und R2 b wird der Motor 19 eingeschaltet,
der die Drehscheibe 17 dreht. Gleichzeitig wird der Stromkreis des Ultraschallkopfes so geschaltet,
daß dem Ultraschallkopf 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 α des Endschal· ters schließt. Wenn sich der Schalterkontakt 101 α
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 Ultraschallkopf unterbrochen ist An der Ecke 89 bewegt
sich das Kurvenabtastrad 67 von der ["Erhebung Sl
herunter, der Ultraschallkopf senkt sich wieder auf die Ebene der Kassette C, der Kontakt 99 α schließt
sich, und dem Ultraschallkopf wird von neuem Strom zugeführt, so daß er sich über die restliche Strecke
der Umfangsbahn der sich drehenden Kassette C bewegt, bis die Ecke 91 erreicht ist.
An diesem Punkt bewegt sich das Kurvenabtastrad
67 erneut in seine Ausganges'ellung auf der Er-
hebung 49, die Seg-.nentplatte 107 öffnet wieder den
Endschalterkontakt 101 ü und schließt den entsprechenden Endschalterkontakt 101 b. Durch Schließen
' des Kontaktes 1016 wird ein Relais R 3 erregt, das einen Schaltkontakt R 3 α schließt Dieser steuert ein
Fluidyentil 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 111 wieder das Relais Rl, indem sie den Schaltkontakt 111 α öffnet
μ 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 RIa1 b und c geöffnet, und das System ist
für den nächsten Arbeitsgang bereit
209645/331
: -Λ —
Claims (12)
1. 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 (2Ϊ) antreibbare Drehscheibe (17) vorgesehen ist, die
eine Spannvorrichtung {?·!, 33) für das untere
der zu verschweißenden Werkstücke aufweist, daß der Ultraschallkopf dreidimensional bewegbar
gelagert ist und auf einem dem Verlauf der Schweißnaht entsprechenden Steuernocken (47),
der zusammen mit der Drehscheibe (17) drehbar ist, über eine Nockentasteinrichtung (67, 69) geführt
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ao
kennzeichnet, daß der Steuernocken (47) ring förmig auf der Drehscheibe (17) so angeordnet
ist, daß er die eingespannten Werkstücke (T, B) umgibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- as
durch 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 Ultraschallkopf (55) außer Berührung mit den Werkstücken (T, 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 Nockentastereinrichtting (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 ücr Steuernocken (47) zwei senkrecht zueinander angeordnet s Steuerflächen für die Zusammenwirkung
mit zwei Nockentastern (67, 69) aufweist und daß der Nockentac'.er (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 Betätigungseinrichtung
(93) nur bei einer dem Reginn und dem Ende eines Schweißvorgangs entsprechenden
Drehstellung der Drehscheibe (17) einschaltbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine durch
einen' manuell betätigbaren Schalter (S) beeinflußbare elektrische Steuereinrichtung zum Betätigen
der Spannvoi richtung (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, 99c, 101, 101a, RZ)
zum Ein- und Ausschalten des Ultraschallkopfes (55) aufweist und daß diese Schalteinrichtung
auf die durch die Erhebung (49, 51) des Steuernockens (47) bewirkte Bewegung des Ultraschalikopfes
(55) anspricht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Schalteinrichtung zwei am Arm. (57) des Ultraschallkopfes (55) angeordnete Endschalter (99, 101) aufweist.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeicl-net, daß die Steuereinrichtung
eine zweite Schalteinrichtung (101b, Λ 3, A3 α) 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 eint die Anwesenheit oder Abwesenheit von zu schwe.ßenden Werkstücken
(7, B) auf der Drehscheibe (17) feststellende Detektoreinrichtung (109, 111, lila.
Al, Ria) beeinflußbar ist, so daß der Ultraschallkopf
(55) nur während festgestellter Anwesenheit von zu schweißenden Werks« licken (T,
B) eingeschaltet sein kann.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Schalteinrichtung (R 2) durch die Detektoreinrichtung (R 1 a) beeinflußbar
ist.
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