DE2410055B2

DE2410055B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Bandmaterial mittels Ultraschall

Info

Publication number: DE2410055B2
Application number: DE2410055A
Authority: DE
Inventors: Donald F. Homer Acker; Dietrick J. Cortland Klein
Original assignee: SCM Corp
Current assignee: Smith Corona Corp
Priority date: 1973-03-02
Filing date: 1974-03-02
Publication date: 1978-10-19
Also published as: JPS508871A; DE2410055A1; IT1002528B; JPS542235B2; US3821048A; GB1442251A; DE2410055C3

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen von Bandmaterial mittels Ultraschall.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden mitschwingende Vibrationen der Haltevorrichtung unter der Einwirkung der Ultraschall-Schweißeinheit verhindert, so daß die relative Bewegung zwischen der Ultraschall-Einheit und den zusammenzuschweißenden Lagen des Farbbandes maximal ist. Es wird eine genaue Ausrichtung der zusammenzuschweißenden Lagen des Bandes ermöglicht, um einen optimalen Verbindungswinkel des Bandes sicherzustellen. Außerdem kann die Spannung der einzelnen zusammenzuschweißenden Abschnitte des Bandes variiert werden, damit eine maximale Gleitbewegung zwischen den Farbbandlagen möglich ist, so daß optimale Schweißergebnisse erzielt werden. Die Bandendabschnitte werden bezüglich der Ultraschall-Schweißeinheit genau und korrekt ausgerichtet Schließlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach im Aufbau, billig in der Herstellung und arbeitet sehr zuverlässig.

Aus der US-PS 36 87 787 ist bereits ein Verfahren zum Entfernen schadhafter Stellen in Bandmaterial bekannt, bei dem ein erstes Band kontinuierlich zu einer Aufwickelvorrichtung gefördert wird und dabei zunächst mit Hilfe einer Schneidvorrichtung zerschnitten und mit einem Ende an das Ende eines zweiten Bandes mittels Ultraschall angeschweißt wird. Anschließend wird das so zusammengefügte Band zu einer Abfallvorrichtung geführt, bis die schadhafte Stelle auf dem ersten Band vorüber ist. Dann wird das zusammengefügte Band wieder zerschnitten und das nun einwandfreie Ende des ersten Bandes mit dem anderen Ende des ersten Bandes wieder zusammengeschweißt.

Dieses bekannte U!traschall-Verschweißverfahren weist, wie auch alle anderen bekannten derartigen Verfahren, den Nachteil auf, daß es zum Verbinden bereits eingefärbten Bandmaterials wie Farbbandmaterial für Schreibmaschinen u. dgl. insofern ungeeignet ist, als die Verbindungsstelle, wenn sie ausreichend fest sein soll, zu dick wird, so daß die Funktion des Farbbandes beeinträchtigt und beim Auftreffen eines Typenhebels ein fehlerhafter Abdruck erzeugt wird. Wird die Verbindungsstelle zu klein oder zu schwach ausgeführt, kann das Farbband leicht reißen.

Es is_t daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen von Bandmaterial mittels Ultraschall zur Herstellung von endlosen Bändern, insbesondere von Schreib- oder Farbbändern, zu schaffen, deren Verbindungsstelle einwandfrei ausgebildet ist, so daß weder ein fehlerhafter Abdruck beim Auftreffen des Typenhebels erzeugt wird noch ein Reißen des Bandes bei normaler Betätigung auftritt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Anspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus den den Anspruch 4 kennzeichnenden Merkmalen.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargtstellt und in der Beschreibung näher erläutert Es zeigt

F i g. t eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung zum Verschweißen von Bandmaterial mittels Ultraschall und die zugehörige Ultraschall-Schweißeinrichtung,

Fig.2 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei die Ultraschall-Schweißeinheit abgesenkt ist,

Fig.3 im Schnitt die Ultraschall-Schweißeinheit, die Farbbandeinspannung und die Farbbandabschnitte kurz vor dem Verbinden,

Fig.4 eine Draufsicht auf die Bahnmaterial-Abschnitte direkt nach dem Verbinden und

F i g. 5 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt der Ausführungsform eines Andruckbeines, das für eine Verwendung in der Vorrichtung nach F i g. 1 geeignet ist.

Wie in den F i g. 1 bis 3 dargestellt, besteht die mit 10 bezeichnete Vorrichtung aus einer Auflageplatte 12 und einer oberen Platte 14, die mit einer Ultraschall-Schweißeinheit 16 mittels eines Schraubenbolzens 18 verbunden ist, der an der oberen Platte 14 mittels einer oder mehrerer Feststellmuttern 20 befestigt und mit der Ultraschall-Schweißeinheit 16 mittels üblicher Befestigungsmittel (nicht gezeigt)

verbunden ist.

Die Ultraschall-Schweißeinheit 16 weist einen Schalltrichter 24 mit einem blatt- oder klingenförmigen Endteil 26 auf, der sich aus einer beweglichen Halterung 22 erstreckt, die mittels geeigneter Positionierungsmittel (nicht gezeigt) angehoben oder abgesenkt werden kann.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die obere Platte 14 der Bahnmaterial-Einspannvorrichtung 15 mit der Auflageplatte 12 mittels einer aus Führungen 28 und 30 bestehenden Ausrichteinrichtung verbunden, welche mit der oberen Platte mittels Feststellmuttern 32 und 34 verbunden sind und die Bahnmaterial-Einspannvorrichtung zur Auflageplatte 12 ausrichten. Die Verbindung der oberen Platte ΐ4 sowohl mit der Halterung 22 der Ultraschalleinheit mittels des Verbindungsbolzens 18 als auch mit der Auflageplatte 12 mittels der Führungen 28 und 30 gewährleistet, daß die obere Platte 14 der Bandeinheitspannvorrichtung bezogen auf die Auflageplatte 12 in Übereinstimmung mit der Anordnung des Ultraschall-Schweißtrichters angeordnet ist.

Die obere Platte 14 besteht aus zwei Schulterteilen 38 und 40, die durch einen schmalen Verbindungsteil 36 verbunden sind, wodurch genügend freier Raum für den Ultraschalltrichter 24 zur Verfügung steht. Jeder Schulterteil weist mehrere Andruckbeine 42,42' auf, die sich nach unten erstrecken, um mit geeigneten Ausnehmungen in der Aufnahmeplatte 12 zusammenzuwirken, wie weiter unten erläutert ist.

Mehrere Band-Positionierungsvertiefungen 52 sind in der oberen Oberfläche der Auflageplatte 12 ausgebildet. Diese Vertiefungen sind in einer X-förmigen Anordnung bzw. in Form eines spiegelbildlichen »V« angeordnet, wobei die Spitzen der beiden V in einer Ausnehmung oder Vertiefung 54 im Mittelteil der Auflageplatte 12 zusammenlaufen. Eine Amboßplatte 56 ist in der Vertiefung 54 befestigt.

Die Amboßplatte weist einen Amboß 60 auf, der den Schnitt- oder Übcrgangswinkel der Auflagebereiche 52 halbiert Die obere ebene Oberfläche des Ambosses 60 wirkt mit der unteren ebenen Oberfläche des klingenförmigen Teils 26 des Ultraschalltrichters 24 während des Verbindens der Bänder zusammen, wie im folgenden beschrieben ist.

Jeder Auflagebereich 52 weist eine vergrößerte kreisförmige Fläche 62 auf, die mit dem Andruckglied 64 zusammenwirkt, die mit den äußeren Andruckbeinen 42 verbunden sind. Außerdem weist jeder Band-Auflagebereich 52 der als Vertiefung ausgeführt ist, eine Ausnehmung 66 auf, die mit dem Spannfuß 68 zusammenwirkt, der direkt oberhalb der Ausnehmung angeordnet und mit jedem inneren Andruckbein 42' verbunden ist.

Wie aus den F i g. 2 und 3 zu ersehen ist, drücken die Band-Andruckglieder 64 bei Anordnung eines Bandendabschnitts 72 in den Auflagebereich 52 nach unten auf die Bandendabschnitte, um sie zu halten, während zur gleichen Zeit die Spannfüße 68 einen Teil des Bandes nach unten in die Ausnehmungen 66 pressen und dabei den Bandendabschnitt zwischen den Spannfüßen spannen und unbeweglich festhalten, damit ein korrektes Schweißen vorgenommen werden kann.

Sollten zwei Bandendabschnkte 70 und 72 miteinander verbunden werden, so werden die Abschnitte in die Auflagebereiche 52 über den Amboß 60 gelegt, wie aus den Fig. 1 bis 3 zu ersehen ist, worauf die Ultraschall-Einheit abgesenkt wird. Wie in F i g. 1 gezeigt, sind die relativen Stellungen der Andruckglieder 64 und der Spannfüße 68 zum Unterteil des Ultraschalitrichters derart, daß bei Absenken der Einheit zuerst die Andruckglieder 64 die auseinanderliegenden Teile eines Bandendabschnitts berührt, um diesen Bandendabschnitt in bezug auf den Amboß und den Ultraschalltrichter festzuhalten. Während der Abwärtsbewegung des Trichters pressen die Spannfüße 68 einen kleinen Teil des Bandes nach unten in die mit den Spannfüßen zusammenwirkenden Ausnehmungen 66, um dem Band

ίο eine vorgegebene Spannung zu verleihen. Erst nachdem das Band in die Ausnehmungen 66 gedruckt und dadurch gespannt ist, wird die Ultraschall-Schwcißeinheit vollständig abgesetzt.

Wie in den Fig. 5 und 1 dargestellt ist, müssen zur fehlerfreien Funktion der Vorrichtung die Andruckbeine 42 bzw. 42' eine vorspannende Bewegung in vertikaler Richtung ausführen, um die richtige Zusammenwirkung zwischen den Andruckgliedern 64, den Spannfüßen 68 und der Ultraschall-Schweißeinheit zu gewährleisten. Wie aus F i g. 5 zu ersehen ist, besteht jedes Andruckbein 42 bzw. 42' aus einer Mittelstange 74, die vertikal bewegbar innerhalb eines rohrartigen Gliedes 76 angebracht und nach unten mittels einer Feder 78 vorgespannt ist. Die Mittelstange 74 weist einen vergrößerten Kopf 75 auf, der an einer Endwand 77 in dem rohrartigen Glied 76 anliegt. Ein geeignetes Andruckglied 64 oder ein Spannfuß 68 wird mit der beweglichen Mittelstange 74 verbunden, je nach Funktion des betreffenden Andruckbeines. Das An-

ju druckglied 64 wird mit der Mittelstange 74 mittels Gewindeschrauben verbunden.

Wie in F i g. 5 gezeigt, sind die Andruckbeine 42, 42' direkt mit der oberen Platte 14 verschraubt und werden mittels üblicher mit einem Gewinde versehenen Feststelleinrichtung 80, die sich durch einen Kragen 82 erstrecken, in ihrer Stellung gehalten. Das in F i g. 5 gezeigte Andruckbein 42, 42' ermöglicht es, die von der Feder 78 auf das Andruckbein ausgeübte Kraft einzustellen. Diese Einstellung wird mittels einer Einstellschraube 84 vorgenommen, die mittels eines Gewindes mit dem oberen Teil des rohrartigen Gliedes 76 in Eingriff steht, um die Feder 78 zwischen der Schraube 84 und dem vergrößerten Kopf 75 der Mittelstange 74 um unterschiedliche Beträge zusam-

•»5 menzudrücken.

Die Andruckbeine 42' für die Spannfüße 68 weisen einen Stift 87 auf, der sich transversal von der Mittelstange 74 durch einen länglichen Schlitz 88 in dem rohrartigen Glied 76 weg erstreckt. Dieser Stift und die Schlitzanordnung halten den Spannfuß 68 in einer vorgegebenen Ausrichtung zu den Ausnehmungen 66.

Im folgenden soll nun das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbindung von Bandmaterial insbesondere von Schreib- oder Farbbändern mittels Ultraschall beschrie-

5^r> ben werden.

Zum Verbinden von Bandendabschnitten werden die einzelnen Abschnitte 70 und 72 derart in den zueinander ausgerichteten Auflagebereichen 52 der Auflageplatte 12 angeordnet, daß sie sich unter einem Winkel über

bo dem Amboß 60 kreuzen. Durch Versuche wurde ermittelt, daß der beste Winkel für optimale Verbindungsergebnisse bei annähernd 30° liegt. Es können jedoch auch andere Winkel benutzt werden, um befriedigende Verbindungsergebnisse zu erzielen.

h5 Nachdem die Bandendabschnitte in den Auflagebereichen 52 angeordnet sind, wird die Abwärtsbewegung der Halterung 22 für den Schalltrichter 24 in Richtung der Auflageplatte 12 begonnen. Wenn sich die

Halterung 22 abwärts bewegt, bewegt sich die mit der Halterung verbundene Platte 14 ebenfalls abwärts, so daß die Paare sich diagonal gegenüberliegender Andruckglieder 64 mit ihren passenden Ausnehmungen 62 in den direkt unter ihnen liegenden Auflagebereichen in Eingriff treten, um jeden Bandendabschnitt in richtiger relativer Position in den Auflagebereichen zu halten.

Bewegt sich die Halterung 22 weiter nach unten, so pressen die Spannfüße 68 dann Teile des Bandes in die mit ihnen zusammenwirkenden Ausnehmungen 66, um die Bandendabschnitte 70 und 72 in Vorbereitung des Schweißprozesses zu spannen. Obwohl F i g. 1 die Vorrichtung bei Benutzung aller vier Spannfüße zeigt, kann die Verbindung auch ausgeführt werden, wenn nicht alle Spannfüße in Betrieb sind. So kann es z. B. wünschenswert sein, lediglich einen der beiden Bandendabschnitte zu spannen, was von den Eigenschaften des Bandes abhängt, oder aber einen oder beide Bandendabschnitte lediglich mittels eines der sich diagonal gegenüberliegenden Paare von Spannfüßen zu spannen.

Nachdem die Spannfüße 68 sich in ihrer Position befinden, bewegt sich die Ultraschall-Schweißeinheit 16 nach unten, bis sie die Stellung erreicht, in der die Spitze der Klinge 26 die übereinanderliegenden Bandendabschnitte 70 und 72 gegen die obere Oberfläche des Ambosses 60 drückt, wenn der Ultraschalltrichter betätigt wird. Die Schwingungen des Trichters werden den gespannten Bandendabschnitten 70 und 72 mitgeteilt und verursachen durch das Aneinanderreihen der beiden Abschnitte eine Reibungswärme, die ausreicht, das thermoplastische Material zu schmelzen, aus dem die Bandendabschnitte hergestellt sind, wodurch die Bandendabschnitte miteinander verschmolzen werden. Außerdem reicht die von dem Schalltrichter auf die Bandabschnitte nach unten gegen den Amboß ausgeübte Kraft aus, um die verschmolzenen Bandendabschnitte in zwei separate symmetrische, V-förmige Abschnitte 70 und 72 zu trennen, wie in Fig.4 gezeigt ist. Nachdem die verbundenen Bandendabschnitte aus der Vorrichtung entnommen sind, werden die Abschnitte 70 und 72 auseinandergefaltet, so daß das fertige Band völlig gerade ist und eine Verbindungsstelle aufweist, die unter einem Winkel von annähernd 30° zu den parallelen Seiten des Bandes verläuft.

Das Verschmelzen der Bandendabschnitte während des Verbindungsvorganges tritt nur in einem sehr begrenzten Bereich auf, wie er z. B. in F i g. 4 durch die Linie 68 dargestellt ist. Die durch Reibung zwischen den beiden Bandendabschnitten erzeugte Wärme wird von dem Amboß 60 isoliert, der als Wärmesenke wirkt, um einen Großteil der überschüssigen während des Verbindungsvorganges erzeugten Wärme abzuführen und einen Wärmeübergang auf umgebende Flächen der Bandendabschnitte zu verhindern.

Wie aus F i g. 4 zu ersehen ist, bilden die Bandendabschnitte 70 und 72 nach ihrer Verbindung eine vollständige Bandanordnung, die sich in gefaltetem Zustand befindet und entfaltet werden muß, um einen geraden verbundenen Bandabschnitt mit einer unter einem Winkel von 30° zu den Seiten des Bandes verlaufenden Verbindungslinie zu bilden. Da das Band gefaltet ist, wenn es verschmolzen wird, müssen die zu verschmelzenden Bandendabschnitte einander gegenüberliegend in dem Positionierungsunterteil angeordnet werden, wenn eine kontinuierliche Oberfläche des verschmolzenen Bandes gewünscht wird. Ist z. B. nur eine Seite eines jeden Bandendabschnittes mit Farbe beschichtet, so müssen die Bandendabschnitte in dem Positionierungsunterteil entweder mit den beschichteten Seiten zueinander oder voneinander weg gerichtet angeordnet werden.

ίο Es wurde festgestellt, daß bei einer von jedem Spannfuß 68 auf das Band aufgebrachten vorgegebenen Spannkraft von ungefähr 100 Pond und einem vorgegebenen Bandverbindungswinkel von 15° höchst zufriedenstellende Ergebnisse erzielt wurden, die in einer Widerstandskraft der Schweißstelle von 2,3 bis 4,5 kp resultierten. Es ist auch möglich, eine bessere Verbindung zu erhalten, wenn lediglich einer der beiden zu verbindenden Bandendabschnitte gespannt wird. Die Bandendabschnitte 70 und 72 könnten daher auch verbunden werden, wenn lediglich der untere Bandendabschnitt 70 mittels der beiden Spannfüße 68 gespannt wird. Obwohl dies nicht in gleichem Maße zufriedenstellend ist wie das Spannen beider Bandendabschnitte an zwei Punkten, würde hierdurch immer noch einer der zu verbindenden Bandendabschnitte festgehalten, so daß die Bewegung des Ultraschalltrichters 24 eine relative Bewegung zwischen den Bandendabschnitten 70 und 72 erzeugen würde, die ausreicht, die Temperatur der Bandabschnitte über die Schmelztemperatur des Band-

3(i materials zu erhöhen und die gewünschte Verbindung herzustellen.

Wie bereits erwähnt, kann die den Bandendabschnitten erteilte Spannung durch Änderung des Kompressionsbetrages eingestellt werden, der sich für die

j:. Andruckbeine bei der Bewegung der oberen Platte 14 von der angehobenen Position in die abgesenkte Position ergibt. Diese Einstellung der Bewegung kann durch Einstellen des Verbindungsschraubenbolzens 18 zwischen der oberen Platte 14 und der Halterung 22

4(i erreicht werden.

Die Verwendung der Spannfüße zur Spannung des Bandes vor und während des Schweißvorganges fixiert wirksam die Position der Bandendabschnitte, um jegliche mitschwingende Bewegung des Bandes während des Schweißvorganges zu verhindern, und stellt daher sicher, daß den Bandendabschnitten mittels der Ultraschall-Schweißeinheit eine maximale relative Bewegung erteilt wird, so daß optimale Schweißergebnisse erzielt werden.

Die koordinierte Anwendung von zusammenwirkenden Spannfüßen und Ausnehmungen sowie Band-Positionierungsvertiefungen in dem Anordnungsunterteil gewährleistet, daß die zu verbindenden Bandendabschnitte genau in vorgegebenen Stellungen ausgerichtet

Vt werden, wodurch ein optimales Schweißen der Bandendabschnitte erreicht wird.

Die Verbindung zwischen der oberen Band-Spannvorrichtung und der Halterung der Ultraschall Schweißeinheit ermöglicht es, den gesamten Schweiß

W) Vorgang automatisch durchzuführen. Die Folge dei verschiedenen Vorgänge wird durch die relativer Höhen der Andruckglieder 64, der Spannfüße 68 unc dem Klingenteil 26 der Ultraschall-Schweißeinheil It vorgegeben bzw. eingestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verschweißen von Bandmaterial mittels Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Bandendabschnitte eines zu einem endlosen Band zu formenden Bandes unter einem bestimmten Winkel relativ zueinander übereinandergelegt, die Bandendabschnitte festgeklemmt, mindestens ein Bandendabschnitt im Überlappungsbereich vorgespannt und die Bandendabschnitte im Überlappungsbereich mittels Ultraschall verschweißt werden, daß die Schweißnaht winkelig, insbesondere unter einem Winkel von 30° zu den Bandseiten verläuft und daß nach der Verschweißung der Endabschnitte im Überlappungsbereich die verbundenen Endabschnitte derart getrennt werden, daß ein endloses Band entsteht

?.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bandendabschnitte vor und während des Schweißvorganges vorgespannt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandendabschnitte durch Deformierung des Bandendabschnittes an im Abstand angeordneten Stellen auf dem Bandendabschnitt vorgespannt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine obere, mit der Ultraschall-Schweißeinheit (16) verbundene, vertikal verschiebbare Platte (14) und eine mit dieser Platte (14) über Führungen (28, 30) ausgerichtete, die Bandendabschnitte aufnehmende Auflageplatte (12), durch mit der oberen Platte (14) verbundene, vertikal vorgespannte Andruckbeine (42, 64) und durch mit der oberen Platte (14) verbundene, vertikal vorgespannte Spannfüße (68), die in Ausnehmungen (66) in der Auflageplatte (12) im Auflagebereich (52) der Bandendabschnitte unter Deformierung der Bandendabschnitte einführbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (78) die Andruckbeine (42, 64) und die Spannfüße (68) vorspannt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft der Andruckbeine (42, 64) und der Spannfüße (68) einstellbar ist