DE2126902B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Kunststoffbändern - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von KunststoffbändernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Kunststoffbändern, bei denen die zu verbindenden
Enden überlappend aneinandergelegt werden und zuschließend in ein konzentriertes Ultraschall-Schwingungsfeld gebracht werden, wobei der Ultraschallgeber
mit einstellbarem Druck auf die Bänder an der Verbindungsstelle drückt. Weiter betrifft die Erfindung
eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zum Auflegen der Bandenden
ein Amboß vorgesehen ist, auf den ein Ultraschall-Schwinger absenkbar ist.
Ein bekanntes Verfahren zum Verbinden von Kunststoffbändern bezieht sich auf das Verbinden von
zwei Enden eines Filmes mittels eines Ultraschall-Schwingungsfeldes, wobei die beiden Filme quer zu
ihrer Längsrichtung unter den Ultraschallgeber befördert werden. Durch eine derartige Anordnung entsteht
eine Schweißnaht, die quer zur Längsrichtung verläuft Eine solche Schweißnaht ist bei Filmen erwünscht,
damit möglichst wenig Bilder erfaßt werden bzw.
verloren gehen. Eine solche Querverbindung weist
jedoch den Nachteil einer niedrigen Widerstandsfähigkeit auf, weil die auf den Film ausgeübten Kräfte sich in
Längsrichtung des Filmes auswirken. Hierdurch ist das bekannte Schweißverfahren nicht ohne w fiteres auf
ίο Magnetbänder übertragbar, da hier ziemlich hohe
Kräfte in Längsrichtung des Bandes auftreten.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, das bekannte Verfahren zu verbessern, so daß es für das Verbinden
eines Magnetbandes mit einem Vorspannband geeignet
• 5 ist, wobei insbesondere in Längsrichtung des Bandes
eine hohe Festigkeit der Verbindung erhalten wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß zum Verbinden von einem Ende eines einseitig beschichteten Magnetbandes
mit einem Ende eines Vorspannbandes aus Kunststoff das Ende des Magnetbandes mit der unbeschichteten
Seite überlappend auf das Ende des Vorspannbandes gelegt wird, und daß das Ultraschall-Schwingungsfeld in
Längsrichtung der Bänder streifenförmig konzentriert
und senkrecht zu den Bandebenen orientiert mit einer
Gesamtbreite mindestens gleich der Breite des schmälsten Bandes ucd iner Gesamtlänge größer als der
Abstand zwischen den Enden der beiden einander überlappenden Bänder zur Wirkung gebracht wird.
Dieses sehr einfache Verfahren ergibt Schweißverbindungen, die äußerst fest und widerstandsfähig sind. Mit
dem Schwingungsfeld ist gewährleistet, daß die Schweißverbindung optimal den Übergangs- und
Überlappungsbereich von einem Band zum anderen
erfaßt, so daß insbesondere beim Abschalten des Bandes
eine hohe Festigkeit der Verbindung erhalten wird, die ein Abreißen des Vorspannbandes verhindert. Für ein
derartiges Verfahren hat sich bei einem Magnetband mit einer geringeren Dicke als die Dicke des
Vorspannbandes als vorteilhah erwiesen, wenn das Ultraschall-Schwingungsfeld von der Schichtseite des
Magnetbandes her zur Wirkung gebracht wird, da hierbei sozusagen das dünnere Band in das dickere
hinein geprägt wird.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wobei zum Auflegen der Bandenden ein Amboß vorgesehen ist, auf den ein Ultraschall-Schwinger
absenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ultraschall-Schwinger eine Schwingungsfläche mit
einer Breite mindestens gleich der Breite des schmälsten Bandes, einer Länge größer als der Abstand zwischen
den Enden der beiden überlappenden Bänder und an dieser Schwingungsfläche sich im wesentlichen in
Längsrichtung der beiden Bänder erstreckende Rippen aufweist. Die gewählten Abmessungen und Ausbildung
der Schwingungsfläche gewährleistet die hohe Festigkeit der Verbindung, insbesondere in Längsrichtung des
Bandes.
μ Für eine derartige Vorrichtung hat sich als besonderes vorteilhaft erwiesen, wenn die Höhe der Rippen an
der Schwingungsfläche in der Größenordnung einer Banddicke liegt. Hierdurch wird sowohl ein guter
Prägevorgang als auch ein einwandfreies Verschweißen
der gesamten sich unter der Schwingungsfläche
befindenden Bandfläche erzielt. Ferner hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Schwingungsfläche im mit den Bandkanten zusammenwirkenden
Bereich je eine Rippe aufweist, wodurch erreicht wird,
daß die Bandkanten besonders fest verschweißt werden und damit einem Loslösen der Bänder voneinander
besonders gut entgegengewirkt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher
erläutert
Fig. 1 zeigt im Schnitt nach der Linie I-l der Fig.2
und
F i g. 2 im Schnitt nach der Linie II-II der F i g. 1 eine
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
F i g. 3 zeigt in Draufsicht und
F i g. 4 im Schnitt nach der Linie IV-iV der F i g. 3 eine
erfindungsgemäße Schweißverbindung, wie sie mit der Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 erhalten wird.
Die Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 weist einen Ultraichall-Schwinger 1 auf, der aus einem magnetostriktiven
Wandler 2 und einem Amplitudentransformator 3 besteht. Ober Wicklungen 4 ist dem Wandler
elektrische Energie zuführbar. Die Stirnfläche 5 des Amplitudentransformators ist die Schwingungsf'äche,
welche die Ultraschall-Schwingungen abgibt Dieser Ultraschall-Schwinger ist gegenüber einem Amboß 6
angeordnet, der eine im wesentlichen glatte Arbeitsfläche
7 aufweist, die senkrecht zur Achse des Amplitudentransformators 3 und in Abstand von dessen Schwingungsfläche
5 verläuft
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden von einem Ende eines einseitig beschichteten, einen
Kunststoffträger aufweisenden Magnetbandes mit einem Ende eines Vorspannbandes aus Kunststoff
besteht nun darin, daß auf die Arbeitsfläche 7 des Ambosses 6 von einer Seite her ein Ende 8 des
Vorspannbandes und auf dieses von der anderen Seite her das Ende 9 des Magnetbandes mit der unbeschichteten
Seite 10, das heißt mit dem Kunststoffträger, überlappend gelegt wird, wobei die einzuhaltende Lage
der Enden der beiden Bänder beispielsweise durch am Amboß vorgesehene Marken gekennzeichnet sein kann,
so daß gewährleistet ist, daß die Länge der Überlappung der beiden Bänder immer gleich ist Die Schichtseite 11
des Magnetbandes ist somit der Schwingungsfläche S zugewandt. Anschlagflächen 12 am Amboß dienen
hierbei zur Definierung der Lage und seitlichen Führung der Bänder 8,9. Zum Festhalten der Bänder am Amboß
ist eine Vakuumeinrichtung vorgesehen, die über ein steuerbares Ventil mit Leitungen 13 in Verbindung
steht, welche in die Auflagefläche der Bänder am Amboß ausmünden, so daß die Bänder unter der
Wirkung eines Unterdruckes in ihrer gegenseitigen Lage am Amboß gehalten werden.
Hierauf wird ein im wesentlichen in Längsrichtung der Bänder streifenförmig konzentriertes und senkrecht
zu den Bandebenen orientiertes Ultraschall-Schwingungsfeld mit einer Gesamtbreite mindestens gleich der
Breite vom schmälsten Band und einer Gesamtlänge größer als der Abstand zwischen den Enden der beiden
einander überlappenden Bänder kurzzeitig auf die übereinander liegenden Bänder, unter gleichzeitigem
statischem Druck auf diese, zur Wirkung gebracht, indem der Ultraschall-Schwinger abgesenkt, auf die
Bandenden gedrückt und kurzzeitig erregt wird, wonach die Verbindung der beiden Bandenden durch Verschweißen
der Kunststoffmaterialien bereits fertiggestellt ist
Die spezielle Konfiguration des Ultraschall-Schwineunesfeldes
wird hitrbei dadurch erhalten, daß die Schwingungsfläche 5 des Ultraschall-Schwingers der
Vorrichtung eine Breite mindestens gleich der Breite vom schmälsten Band 8 bzw. 9, eine Länge größer als
der Abstand zwischen den Enden 14, 15 der beiden einander überlappenden Bänder 8, 9 und sich in
Längsrichtung der beiden Bänder erstreckende Rippen 16 aufweist, welche Rippen die streifenförmige Feldkonzentration
zur Folge haben. Selbstverständlich könnten die Rippen auch schräg, beispielsweise unter 30 Grad
κι geneigt, zur Längsrichtung der Bänder verlaufen.
Zweckmäßigerweise wird die Höhe der Rippen in der Größenordnung einer Banddicke gewählt
Nachdem der Ultraschall-Schwinger 1 wieder angehoben,
die Vakuumeinrichtung von den Leitungen 13 getrennt und der Unterdruck in denselben aufgehoben
wurde, können die miteinander verbundenen Bänder der Vorrichtung entnommen werden.
Wie aus Fig.2 ersichtlich, weist die Schwingungsfläche
5 im mit den Bandkanten 17 zusammenwirkenden Bereich je eine Rippe 16 auf. Hierdurch wird erreicht,
daß insbesondere die Bandkant/.·> der beiden Bänder
fest miteinander verbunden werden, so daß eine
besonders hohe Festigkeit der Verbindung gegen Abschälen eines Bandes vom anderen erhalten wird, da
ein derartiges Abschälen seinen Ausgang vorwiegend von i'en Rändern der Verbindung her nimmt
In den F i g. 3 und 4 ist eine nach dem im vorstehenden beschriebenen Verfahren hergestellte Schweißverbindung
dargestellt In der Praxis wurde eine solche
μ Verbindung zwischen einem 3,8'. mm breiten und
0,026 mm dicken Magnetband und einem gleich breiten und 0,09 mm dicken Vorspannband, bei einer Überlappung
der beiden Bänder mit einer Länge von 2 mm hergestellt. Die Schwingungsfläche des Ultraschall-Schwingers
hatte eine Länge von 3,5 mm und eine Breite wie die der Bänder, über welche Breite sechs
Rippen mit einer Höhe von 0,07 mm verteilt waren und wobei entlang der beiden in Bandlängsrichtung
verlaufenden Kanten der Schwingungjfläci-c gerade eine Rippe vorgesehen war. Diese Schwingungsfläche
wurde mit einem statischen Druck von etwa 5 kp auf die L>änder etwa eine Sekunde lang aufgesetzt, wobei
während etwa einem Drittel dieser Zeit der Schwinger erregt war. Die Schwingungsrichtung (18 in F i g. 1) war
im wesentlichen senkrecht zu den Bandebenen orientiert; selbstverständlich kann die Schwingung auch
Komponenten aufweisen, die quer zu dieser Richtung verlaufen.
Unter der Wirkung einer wie im vorstehenden beschriebenen Schwingungsfläche entstehen an der Seite der Schweißverbindung, die mit der Schwingungsfläche in Wirkverbindung kommt, Rillen 18, die mit den Rippen 16 an der Schwingungsfläche korrespondieren. Irr Überlappungsbereich der beiden Bänder tritt über die ganze Fläche Verschweißung auf, welche im Bereich der Rillen besonders stark ist. Je ein? solche Rille verläuft entlang der Bandkanten 17, so daß einem Loslösen der Bandkanten voneinander maximaler Widerstand entgegengesetzt wird. Aber auch die Bandteile, die seitlich der Bandenden 14 bzw. 15 an dem Überlappungsbereich angrenzen, sind noch vom Schwingungsfeld erfaßt worden, so daß d;cse Übergangsstellen ebenfalls einwandfrei verschweißt sind.
Wie ersichtlich, wird auf diese Weise die ganze Fläche
Unter der Wirkung einer wie im vorstehenden beschriebenen Schwingungsfläche entstehen an der Seite der Schweißverbindung, die mit der Schwingungsfläche in Wirkverbindung kommt, Rillen 18, die mit den Rippen 16 an der Schwingungsfläche korrespondieren. Irr Überlappungsbereich der beiden Bänder tritt über die ganze Fläche Verschweißung auf, welche im Bereich der Rillen besonders stark ist. Je ein? solche Rille verläuft entlang der Bandkanten 17, so daß einem Loslösen der Bandkanten voneinander maximaler Widerstand entgegengesetzt wird. Aber auch die Bandteile, die seitlich der Bandenden 14 bzw. 15 an dem Überlappungsbereich angrenzen, sind noch vom Schwingungsfeld erfaßt worden, so daß d;cse Übergangsstellen ebenfalls einwandfrei verschweißt sind.
Wie ersichtlich, wird auf diese Weise die ganze Fläche
t,5 der sich überlappenden Bänder vom Schweißvorgang
erfaßt, wobei auch die Ränder rund um den Überlappungsbereich exakt miteinander verbunden werden,
was beiden für eine hohe Festigkeit der Verbindung sehr
wichtig ist. Wesentlich ist ferner, daß das Schwingungsfeld die beschriebenen streifenförmigen Konzentrationen aufweist, wodurch örtlich begrenzte Prägewirkungen erhalten werden, welche die Festigkeit der
Verbindung weiter erhöhen.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde das Schwingungsfeld von der Schichtseite des Magnetbandes her zur Wirkung gebracht, was sich bei einem
Magnetband, das dünner ist als das Vorspannband, als günstig erwiesen hat. An sich könnten die Bänder aber
auch umgekehrt auf den Amboß gelegt werden, d. h., daß die Schichtseite des Magnetbandes am Amboß
aufliegt und das Schwingungsfeld dann von der Seite des Vorspannbandes her zur Wirkung gebracht wird.
Wesentlich ist aber, daß stets im Überlappungsbereich
der Bänder unmittelbar Kunststoffseite auf Kunststoffseite der beiden Bänder aufliegt. Selbstverständlich ist
es auch möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bänder verschiedener Breite miteinander zu verbinden.
In einem solchen Fall wird dann das Ultraschall-Schwingungsfeld mindestens so breit wie das schmälste Band
gewählt.
Der Querschnitt der Rillen hat beim vorliegenden Ausführungsbeispiel rechteckigen Charakter. Sehr gute
Ergebnisse wurden aber auch mit einem halbkreisförmigen Querschnitt erzielt. Die Rippen müssen auch nicht
ausgesprochen geradlinig verlaufen; beispielsweise können sie wellenförmig ausgeführt sein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum Verbinden von Kunststoffbändern, bei denen die zu verbindenden Enden
überlappend aneinandergelegt werden und anschließend in ein konzentriertes Ultraschall-Schwingungsfeld gebracht werden, wobei der Ultraschallgeber
mit einstellbarem Druck auf die Bänder an der Verbindungsstelle drückt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbinden von einem Ende
eines einseitig beschichteten Magnetbandes mit einem Ende eines Vorspannbandes aus Kunststoff
das Ende des Magnetbandes mit der unbeschichteten Seite überlappend auf das Ende des Vorspannbandes gelegt wird, und daß das Ultraschall-Schwingungsfeld in Längsrichtung der Bänder streifenförmig konzentriert und senkrecht zu den Bandebenen
orientiert mit einer Gesamtbreite mindestens gleich der Breite des schmälsten Bandes und einer
Gesamt'inge größer als der Abstand zwischen den
Enden der beiden einander überlappenden Bänder
zur Wirkung gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Magnetband mit einer
geringeren Dicke als die Dicke des Vorspannbandes das Ultraschall-Schwingungsfeld von der Schichtseite des Magnetbandes her zur Wirkung gebracht
wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch t oder 2, wobei zum Auflegen der
Bandenden ein Amboß vorgesehen ist, auf den ein Ultraschall-Schwinger absenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dir Ultraschall-Schwinger (1) eine
Schwingungsfläche (S) mit einer Breite mindestens gleich der Breite des schmäh zn Bandes (8 bzw. 9),
einer Länge größer als der Abstand zwischen den Enden (14, 15) der beiden einander überlappenden
Bänder (8, 9) und an dieser Schwingungsfläche sich im wesentlichen in Längsrichtung der beiden Bänder
erstreckende Rippen (16) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Rippen (16) an der
Schwingungsfläche (5) in der Größenordnung einer Banddicke liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfläche (5) im,
mit den Bandkanten (17) zusammenwirkenden Bereich je eine Rippe (16) aufweist.
Applications Claiming Priority (1)
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